Relaciones entre figuras geométricas en el plano

Construcciones geométricas 


Condición para que cuatro puntos sean concíclicos

Vamos a estudiar una propiedad interesante que cumplen cuatro puntos que están en una circunferencia (puntos concíclicos).

La imagen aparecerá algunas veces al final de un párrafo, es un enlace a una página de ayuda. Utilízala sólo después de haber reflexionado sobre la cuestión propuesta. 

PIENSA:

  1. Si los cuatro puntos fueran vértices de un rectángulo ¿Pertenecen a la misma circunferencia?. ¿Cómo se obtendría el centro? ¿Qúe longitud tiene el radio?

  2. Si los cuatro puntos fueran vértices de un paralelogramo, no rectángulo, ¿Pueden pertenecer a una circunferencia?

  3. Si te dan cuatro puntos cualesquiera en el plano, ¿Cómo harías, con los conocimientos previos, para saber si están en una misma circunferencia?

 

EXPERIMENTA CON EL  NIPPE DESCARTES:

Observa el NIPPE DESCARTES

Se consideran cuatro puntos en el plano A, B, C y D.

A y B determinan una recta r

C y D determinan otra recta s

Suponemos que r y s no son paralelas (rectas secantes)...se cortan en un punto P.

Inicialmente hemos situado A y C a la misma distancia de P. Lo mismo ocurre con B y D.

El punto Q es el corte de las mediatrices de los segmentos AB y CD

En este caso comprobarás que están sobre una circunferencia de centro Q y radio r = QA = QB = QC = QD. Para ver la circunferencia  introduce el parámetro r correspondiente (r = 2.74) y pulsa limpiar.

4.  ¿Por qué, en este caso, los cuatro puntos equidistan de Q (centro de la circunferencia?

En este caso resulta evidente que PAxPB = PCxPD

Cambia la posición del punto A, por ejemplo, y advierte que QA = QB <> QC = QD, por lo que  los los cuatro puntos no estan en la circunferencia de centro Q, a la vez que PAxPB <> PCxPD

Para modificar la posición de los puntos se puede pinchar y arrastrar con el ratón sobre el punto ó cambiar en la ventana de parámetros del NIPPE los desplazamientos horizontales  ax, bx, cx, dx de dichos puntos respecto de la posición del punto P.

Se nos puede ocurrir la siguiente idea: Si cambiamos de posición A, B, C y D pero de tal manera que se cumpla PAxPB = PCxPD, ¿los puntos pertenecerán a la circunferencia de centro Q?

Intentemos convencernos de que esto es así. Cambiemos de posición los puntos A, B, C y D tratemos de hacer ajustes con las distancias PA, PB, PC y PC hasta que se cumpla PAxPB = PCxPD

DEFINICIÓN: POTENCIA DE UN PUNTO RESPECTO DE UNA CIRCUNFERENCIA

Si desde un punto P trazamos  una secante a una  circunferencia, el producto de las distancias de los puntos de corte  sobre la circunferencia al punto P es constante  (PAxPB=constante). A este producto se le llama POTENCIA del punto P respecto de la circunferencia.

Observaciones:

 

EJERCICIOS:

  1. Actuando sobre el Nippe DESCARTES, dibuja la circunferencia tal que la potencia del punto P respecto de ella valga 11.35

  2. Posiciona cuatro puntos concíclicos.

  3. Dibuja una cicunferencia interior al punto P tal que su potencia sea -7.66

  4. ¿Dónde debes posicionar los puntos A y B para que la pontencia de P sea 0? ¿Qué pasa ahora con los puntos C y D?

 EXPERIMENTA CON LA SIGUIENTE ESCENA 

Observaciones: Se pueden modificar desde la ventana de parámetros, los siguientes: 

Reflexiona sobre las siguientes cuestiones, experimenta en la anterior escena  DESCARTES y trata de dar respuesta.

  1. Si trazamos una recta desde P que pase por el centro C de la circunferencia ¿Cuáles son los puntos de  corte? ¿Cómo podemos expresar, en este caso la potencia de P respecto de la circunferencia?

  2. Si la recta trazada desde P es tangente a la circunferencia entonces hay un solo punto T de corte  (punto de tangencia). ¿ Se cumple que PT x PT = PT2 es la potencia de P respecto de la circunferencia?  

  3. Dado un punto P exterior a  una circunferencia, su potencia podrá ser 22, como en el ejemplo inicial siguiente. ¿Existirán otras circunferencias con el mismo radio r respecto de las cuales P tenga la misma potencia 22?  

  4. ¿Cual es el lugar de centros de todas las circunferencias de igual radio que tiene la misma potencia para P?  

  5. ¿Habrá circunferencias con distinto radio y con la misma potencia de P respecto de ellas?

  6. ¿A qué distancia de P se encuentran los centros de todas las circunferencias de radio 2 con potencia 30 ?

  7. Llamamos d a la distancia  del punto P al centro de la circunferencia (PC = d), siendo r el radio. Demuestra que si el punto P es exterior la potencia se puede expresar por d2-r2 .

  8. ¿Existen distintos puntos que tengan la misma potencia respecto de la circunferencia de radio r y centro C?  


SOLUCIONES:

1. Traza las diagonales. Estas se cortan en el punto medio. Como las diagonales son iguales, el punto medio de ambas es común y equidistan de los cuatros vértices. Por tanto éstos son concíclicos.

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2. No. Si trazamos las mediatrices dos lados paralelos (opuestos) estás no se cortan, por tanto no existe centro de la circunferencia que contenga a los cuatro puntos.

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3. Trazamos el cuadrilátero y una diagonal. Quedará dividido en dos triángulos. Si los cuatro vértices son concíclicos, las tres mediatrices trazadas dobre la diagonal y dos lados opuestos  tienen que cortarse en  centro de la circunferencia.

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4.  Se cumple que PA=PC y PB=PD, por lo que AB=CD y el punto Q pertenece a la bisectriz del ángulo con vértice en P. Los segmentos AB y CD son simétricos respecrto de la recta PQ y las distancias AQ y CQ son iguales (lo mismo ocurre con las distancias BQ y DQ).

Como Q es de la mediadriz de AB se cumple que AQ = BQ.

Como Q es de la mediatriz de CD se cumple que CQ = DQ.

Consecuentemente AQ = BQ =CQ =DQ y los cuatro puntos pertenecen a la circunferencia de centro Q.

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5.  Los puntos de corte son E y F diametralmente opuestos. La potencia será PExPF.

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6. Efectivamente se puede comprobar que la potencia de P respecto de la circunferencia de centro C y radio r es el cuadrado de la distancia PT. Pues si regresas al concepto de potencia, en el dibujo abjunto, la potencia es PAxPB donde A y B son los puntos de corte con la circunferencia de la recta secante trazada desde P. La tangente a la circunferencia trazada desde P se puede considerar como un caso límite en el que los dos puntos de corte A y B coinciden PA=PB=PT, luego PAxPB=PT2 .

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7. Dibuja la circunferencia de centro P y radio PC (introduce lugC=PC y pulsa limpiar). Comprueba que las circunferencias de radio r que tengan su centro sobre aquella cumplen la condición.

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8. Dibuja la circunferencia de radio PC y centro P (introducir lugC=PC y pulsa limpiar), si mueves el centro de C sobre dicha circunferencia comprobarás que la potencia respecto de P es la misma que antes.

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9. Dibuja la circunferencia de radio PT y centro P ( introducir lugT=PT y pulsar limpiar), cambia el radio r (introducir, por ejemplo r=3), cambia la posición del centro C hasta conseguir que la distancia  PT valga lo mismo que valía antes (lugT).

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10. Cambia las posición del centro C, modificando sus coordenadas, hasta conseguir que la potencia valga 30 y lee el valor de la distancia PC.

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11. Efectivamente, siendo PE=d+r y PF = d-r, se cumple que la potencia de P respecto de la circunferencia es PExPF=(d+r)(d-r).

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12. Dibuja la circunferencia de centro C y radio PC (introduce lugP=PC y pulsa limpiar). Es evidente que cualquier punto de este lugar dista del centro C lo mismo PC=d, así pues tendrán la misma potencia respecto de la circunferencia de centro C y radio r; es decir el mismo valor de la expresión (d+r)(d-r)

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Autor: Ángel Cabezudo Bueno

 
Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Año 2000