Lugares geométricos: Caracol de Pascal.

Continuando con el estudio de los lugares geométricos y sus utilidades se exponen a continuación una serie de escenas de introducción al estudio del l.g. conocido como Caracol de Pascal. Este l.g. está directamente relacionado con otros lugares geométricos estudiados en la Grecia clásica y analizados en entradas anteriores en este blog. De hecho, para ciertos valores de los parámetros que lo definen adopta la forma de la cardioide o la funcionalidad de la trisectriz.

Han sido muchos los científicos y artístas que, por diferentes motivos, han estudiado esta curva, entre ellos destacan: Étienne Pascal, su amigo Gilles Personne de Roberval (Roberval es una importante comarca en la región francesa de Picardía) y el artista y pintor alemán Alberto Durero. Cada uno de ellos consiguió sus diferentes objetivos probando así la versatilidad de estos lugares geométricos, característica esta que los define.

Las siguientes escenas tienen un doble propósito: servir de plantilla para un desarrollo más amplio relacionado con el tema y ser la introducción al estudio del l.g. de forma pausada y atendiendo a algún aspecto o consideración particular del mismo como la definición, generación o tipo de ecuación utilizada.

En primer lugar se exponen las gráficas de las curvas:

(x²+y²-2·a·x)²=b²·(x²+y²)   y su simétrica   (x²+y²+2·a·x)²=b²·(x²+y²)

en principio para el caso partícular de a=1 y b=2, esto es  b=2·a  donde el l.g. coincide con el de la cardioide.

Las ecuaciones anteriores derivan directamente de las definiciones siguientes:

Definición 1.

El Caracol de Pascal es el l.g. formado por los puntos de la podaria de una circunferencia respecto a un punto. (esta afirmación puede comprobarse activando la animación de la siguiente escena)

La utilidad, que evidentemente es una plantilla, es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que el usuario considere convenientes para su uso personal.

escena 1.

A continuación, y dedicado a los lectores interesados en el proceso de creación de escenas DescartesJS mostramos la escena anterior con algunas modificaciones.

Se evidencia que las escenas están carentes de estilo. La intención es que el usuario se documente, tal y como hemos descrito en artículos anteriores, e implemente los formatos y colores que considere más adecuados.

La escena es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos de uso.

escena 2.

En el siguiente trabajo presentamos otra versión de la escena anterior con el propósito de que, analizando los cambios respecto a la escena inicial, se facilite el procedimiento de generalizar el funcionamiento de esta.

Repetimos lo dicho anteriormente: la escena permite, con cierta facilidad, todas las modificaciones que se consideren necesarias.

escena 3.

En la tercera escena se añaden más cambios respecto de la anterior insistiendo en la importancia de elaborar  utilidades de carácter genérco; o bien como sugerencia de tipo de ejercicio de traslación y/o simetría en el plano.

En la cuarta escena, para generar el l.g. se ha usado la siguiente definición:

Definición 2.

El Caracol de Pascal es el l.g. definido por los puntos P y Q equidistantes del punto M, de la circunferencia c₁, en la cuerda de la misma AM cuando M recorre dicha circunferencia.

Puede comprobarse la generación del l.g. activando la animación de la escna 4.

escena 4.

Proponemos al lector el análisis del significado de los parámetro a y b en esta última escena y de que, efectivamente, cuando ambos tienen el mismo valor el l.g. puede usarse como trisector de ángulos.

En la siguiente escena hemos obtenido el l.g. considerando el carácter de curva ruleta del Caracol de Pascal.

Definición 3.

El Caracol de Pascal es la curva plana de tipo ruleta formada por la trayectoria de un punto fijo, D, de una circunferencia que gira sobre si misma y alrededor de otra sin deslizar.

En esta escena, cuando h=3, se introduce el uso de la ecuación polar, ρ = a + b·cos(θ), del Caracol de Pascal.

escena 5

A continuación incluimos una pequeña utilidad que obtiene la podaria de una circunferencia.

Podaria

Un ejercicio interesante es la generalización del funcionamiento de la escena anterior para cualquier radio de la circunferencia y posición del punto.

En esta ocasión, en la sección de vídeo, hemos elegido uno que trata sobre la identificación de la curva en coordenadas Polares y estudio de las simetrías de un caracol con lazo. El objetivo de este vídeo es el de apreciar distintas formas de enfocar el tema que nos ocupa: "Los Lugares Geométricos".

Continuando con la creación de la miscelánea "Las Espirales" sugerimos completar su elaboración extrayendo el contenido relacionado con los lugares geométricos estudiados para añadir dichos contenidos a una nueva miscelánea que podemos nombrar como "Lugares Geométricos"; o bien continuar con la anterior incorporando los nuevos contenidos en el apartado adecuado.

En próximas entradas completaremos el estudio del Caracol de Pascal y abordaremos el de otros lugares geométricos.

Se ha incluido el Mesolabio de Eratóstenes con objeto de animar a su uso para adquirir destreza y poder usarlo, por ejemplo, en los temas de semejanza en el plano.

Relacionado con el tema del l.g. expuesto mostramos estas interesantes aplicaciones:

Geogebra. Uso de la ecuación polar para hacer la gráfica del Caracol de Pascal

Construcción del péndulo isocrono.

péndulo

En próximas entradas continuaremos con el paso a paso del estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

Animamos a los lectores a colaborar elaborando contenidos o aportando ideas y sugerencias.

Bibliografia:

• Unidad creada por el profesor Pedro González Enríquez que se encuentra en fase de adaptación a DescartesJS.
• Caracol de Pascal
• Departamento de Matemáticas. Instituto Rey Pastor. Madrid. Amplio estudio sobre curvas planas
• GEOMETRIA DIFERENCIAL DE CURVAS EN EL PLANO de J. Lafuente (ucm)
• La abundante información encontrada en la Wikipedia

Ildefonso Fernández Trujillo. 2016