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Mostrando artículos por etiqueta: trisectriz

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Título: Problemas Clásicos. Trisección de un ángulo y cuadratura del círculo
Sección: Miscelánea
Bloque: Geometría
Unidad: Geometría plana
Nivel/Edad: 4º ESO (15 o más años)
Idioma: Castellano
Autoría: Ildefonso Fernández Trujillo

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Publicado en Miscelánea

 

Lugares geométricos: Cicloide - Trisectriz de Ceva.

Continuamos con el estudio de los lugares geométricos y en esta entrada vamos a desarrollar una aproximación al conocimiento del l.g. conocido como "Trisectriz o cicloide de Tommaso Ceva". Este l.g. resuelve, a finales del siglo XVII, el problema clásico de la trisección de un ángulo pero no como pretendían los antiguos sabios griegos; aunque sí de una forma muy ingeniosa, extraordinariamente bella, dinámica y funcional.

La admiración que el método ideado por Tommaso Ceva despertó en muchos científicos y técnicos propició la creación de numerosos instrumentos mecánicos trisectores de ángulos también llamados Pantógrafos de Ceva la representación gráfica de uno de los cuales se muestra a continuación.

pantografo de ceva

Para profundizar en el estudio del lugar geométrico y en el de uso del editor DescartesJS, hemos elaborado, de forma muy esquemática, las pequeñas utilidades que se muestran a lo largo del capítulo. Son escenas basadas en la obra del profesor Pedro González Enríquez, trabajo que está en proceso de adaptación a las nuevas versiones del editor DescartesJS.

La primera de las escenas muestra la generación dinámica del l.g. conocido como Cicloide-Trisectriz de Ceva de la siguiente manera:

  • Establecido un sistema de referencia y considerada una distancia cualquiera, por ejemplo a = 1, se crean los siguientes elementos:
        • Con centro en el origen (0,0) y radio r = a se traza una circunferencia.
        • Se considera un punto cualquiera, A, de la circunferencia, por ejemplo el (a,0). Este punto es importante pues hará posible, cuando se desplace por la circunferencia, la creación del lugar geométrico.
        • Dibujar el punto B que depende de A y cumple dos condiciones: la primera es que debe estar en el eje horizontal y la segunda que su distancia al punto A sea igual a r en nuestro caso a. El punto de coordenadas (2·a·cos(t),0) donde t es el ángulo que la cuerda OA forma con la horizontal, cumple las condiciones. Este punto se mueve en el eje horizontal desde 2·a hasta -2·a y viceversa cada vez que el punto A da una vuelta a la circunferencia según podemos observar en la animación.
        • Con centro en el punto B y radio r = a se traza una circunferencia.
        • Trazar la cuerda que pasa por el origen de coordenadas y por el punto A. Esta cuerda cortará siempre a ambas circunferencias. Consideramos los puntos de corte A y P.
        • El punto P que, solidario con la cuerda, gira alrededor de B y se desplaza por el plano es el punto fundamental ya que genera, en su desplazamiento, el l.g. en estudio.
        • Cuando el punto A recorre la circunferencia, el punto P define la Cicloide-Trisectriz de Ceva
        • Para observar la generación del l.g. basta con pulsar el botón "anima/para" de la escena.
        • Conviene ver, en principio, la generación del l.g. con la curva oculta. También puede ser conveniente ocultar los ángulos pues mostrarlos, durante la primera vuelta del punto P a la circunferencia a la que pertenece, tiene como objetivo comprobar que el l.g. que se está generando es en realidad un trisector.
        • Los botones: "ángulos" y "curva" ocultan/muestran, al hacer clic sobre ellos, las gráficas de los ángulos y de la curva y los textos con los valores de los ángulos. La ecuación cartesiana del l.g. es:
          (x2 + y2)3 = a2·(3·x2-y2)2   


    lugar geométrico

    Para los lectores menos familiarizados con el proceso de creación de escenas DescartesJS indicamos que:

        • Si se desea volver a ver la generación del l.g. desde el principio y con la escena despejada es suficiente con pulsar el botón inicio y volver a activar la animación.
        • El botón velocidad ajusta la característica que su nombre indica de la animación.

    Como en anteriores ocasiones indicamos que la utilidad es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos particulares de uso.

    La escena que exponemos a continuación muestra como el lazo mayor de la "Cicloide-Trisectriz de Tommaso Ceva" es en realidad un trisector de ángulos. Esto se evidencia de la siguiente forma:

        • En esta ocasión el punto A, que pertenece a la circunferencia de centro el origen y radio a, es un control gráfico que puede desplazarse por dicha circunferencia modificando el valor del pulsador ángulo.
        • El ángulo que el radio OA forma con la horizontal puede controlarse con el pulsador ángulo y su valor se muestra en la parte superior izquierda de la escena. Este es el ángulo que vamos a trisecar de la siguiente forma:
          • Por el punto A trazamos una semirrecta horizontal tal como muestra la escena.
          • En dicha semirrecta colocamos un control gráfico G.
          • Se desplaza el control gráfico G hasta que corta al lazo exterior en el punto adecuado (intersección de semirrecta y lazo). Cuando esto ocurre observamos que el segmento OG forma con la horizontal un ángulo que es la tercera parte del ángulo que forma el radio OA, mostrándose esta situación en la parte superior izquierda de la escena debajo del texto existente. Conviene que el desplazamiento se haga lentamente.
        • La determinación de la trisección puede ejecutarse de muy diferentes maneras. De hecho en la escena actual se ha contado con una cierta 'holgura', quizás excesiva, para facilitar la interactividad.


    Lazo Trisectriz de Ceva.

    En los siguientes trabajos presentamos una recreación de las escenas anteriores realizadas con el programa GeoGebra con los propósitos de ahondar en el conocimiento de ambas plataformas: GeoGebra y DescartesJS de forma paralela para lograr los objetivos señalados en entradas anteriores.

    La siguiente utilidad genera la trisectriz al desplazar el punto A por la circunferencia.


    creación del l.g.

    En la escena que enlaza la siguiente imagen se usa el lazo de la curva de Ceva como trisector de ángulos.


    Lazo trisector de Ceva

    Proponemos al lector el análisis de las utilidades anteriores, su modificación y mejora con objeto de lograr un profundo conocimiento de ambas plataformas y así potenciar la inclusión del cálculo simbólico en escenas DescartesJS de forma eficaz.

    Esta vez en la sección de vídeo hemos elegido dos composiciones de Milton Donaire publicadas en YouTube.
    La primera trata sobre el teorema de Menelao y la segunda sobre el teorema de Giovanni Ceva. El objetivo  es el de apreciar la influencia directa, e indirecta, que el conocimiento del triángulo y de las razones geométricas tiene en el tema que nos ocupa: "Los Lugares Geométricos".

    Teorema de Menelao

    Teorema de Giovanni Ceva

    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 continuaremos el estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

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

    Bibliografía:


    Ildefonso Fernández Trujillo. 2017

     

Publicado en Vídeos

Lugares geométricos: Caracol de Pascal II.

Continuamos con el estudio del l.g. "Caracol de Pascal". Este l.g. procede directamente de los lugares geométricos estudiados en la Grecia clásica: la Cisoide de Diocles, la Concoide de Nicomedes, la Espiral de Arquímedes, la Duplicatriz de Hipócrates, la Trisectriz de Hipias... que han sido 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.

De especial interés, para adentrarse en el contexto cultural que promueve el estudio de este lugar geométrico, es observar la producción pictórica del artista alemán Alberto Durero centrando la atención en los motivos geométricos, implícitos y explícitos, que muestra en la mayoría de sus obras.

Para profundizar en el estudio del lugar geométrico y en el de la creación de escenas con el editor DescartesJS, hemos elaborado, a modo de resumen, una escena que recopila parte de las mostradas en la entrada anterior y donde se hace una introducción al estudio de la ecuación cartesiana del caracol generado por el método de la curva plana de tipo ruleta. Esto puede observarse en la siguiente utilidad navegando por las definiciones y en concreto activando la "definición 4" y actuando sobre los controles y botones de la escena para ver las distintas ecuaciones, formas y maneras de generar el lugar geométrico caracol de Pascal.


definiciones.

Para los lectores menos familiarizados con el proceso de creación de escenas DescartesJS indicamos que:

  • Si se observan trazos o gráficas, generalmente de color rojo, no justificados, o se desea volver a ver la generación del l.g. es suficiente con pulsar el botón limpia, que quitará de la escena los trazos indeseados.
  • El botón zum ajusta el tamaño de la parte visible de la escena. Este botón al ser activado limpia, de forma predeterminada, la escena.
  • Los pulsadores a y b controlan la forma del caracol, el botón inicio reinicia la escena y el botón créditos muestra la autoría de la utilidad.

Como en anteriores ocasiones indicamos que la utilidad es fácilmente adaptable y admite las modificaciones y/o ampliaciones que se consideren convenientes para los propósitos particulares de uso.

La escena que exponemos a continuación muestra como al ser a = b el caracol de Pascal puede usarse como trisector de ángulos gracias al lazo interior del mismo.

Hemos construido la escena de forma que un control gráfico, A, con el que podemos interactuar desplazándolo por el l.g. en el 1º y 2º cuadrante (notar la simetría) y así definir el ángulo que se desea trisecar con lo que, automáticamente, uniendo el punto A con los extremos horizontales del lazo interior, se obtiene la trisección.

La utilidad admite, como en casos anteriores, una amplia gama de modificaciones y generalizaciones, de fácil implementación, para adecuarse al propósito particular de uso.

Cuando el control A se encuentra sobre la parte superior del lazo se hace una proyección del mismo en la rama exterior del caracol y se determina la trisección del ángulo de la forma habitual.


Caracol como trisectriz.

En los siguientes trabajos presentamos una recreación de las escenas anteriores realizadas con el programa GeoGebra con el propósito de que, analizando los cambios en el proceso de creación de las utilidades se adquiera destreza en el uso de dichos procesos y el necesario conocimiento de ambas plataformas para discernir cuando implementar la interacción que señala la profesora Elena E. Álvarez Sáiz en sus extraordinarios e innovadores artículos en el blog, donde documenta y ejemplifica la manera de llevar a cabo la inclusión del cálculo simbólico mediante GeoGebra en las escenas DescartesJS.

Notar que en la siguiente utilidad hemos alterado el nombre y significado de algunos parámetros.


definiciones

En la siguiente escena se usa el caracol de Pascal como trisector de ángulos .

Debemos advertir que en esta ocasión también se ha cambiado el significado de los parámetros, aunque igual que en la ocasión anterior están perfectamente especificados los cambios en la información que se muestra


caracol trisector

Proponemos al lector el análisis de las utilidades anteriores, su modificación y mejora con objeto de lograr un profundo conocimiento de ambas plataformas y así potenciar la inclusión del cálculo simbólico en escenas DescartesJS de forma eficaz.

En la sección de vídeo, hemos elegido uno que trata sobre la identificación de la ecuación, en coordenadas Polares, del  caracol de Pascal y algunas de las definiciones que identifican este l.g. así como su construcción con el programa GeoGebra. El objetivo  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 continuaremos el estudio de los lugares geométricos y analizando el subproyecto Misceláneas.

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

Bibliografía:


Ildefonso Fernández Trujillo. 2016

 

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