6.4: La desigualdad de Tolomeo

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 114368

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $

$ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $

$ \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} $

$ \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} $

$ \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} $

$ \newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$ \newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

$ \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow$

$ \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow$

$ \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $

$ \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} $

$ \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} $

$ \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} $

$ \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} $

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $

$\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}$

$ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $

$\newcommand{\ket}[1]{\left| #1 \right>}$
$\newcommand{\bra}[1]{\left< #1 \right|}$
$\newcommand{\braket}[2]{\left< #1 \vphantom{#2} \right| \left. #2 \vphantom{#1} \right>}$
$\newcommand{\braopket}[3]{\left< #1 \vphantom{#2}\vphantom{#3} \right| #2 \vphantom{#1}\vphantom{#3} \left| #3 \vphantom{#1}\vphantom{#2} \right>}$
$\newcommand{\qmvec}[1]{\mathbf{\vec{#1}}}$
$\newcommand{\op}[1]{\hat{\mathbf{#1}}}$
$\newcommand{\expect}[1]{\langle #1 \rangle}$
$\newcommand{\dfn}[1]{\emph{\textbf{#1}}}$

$\newcommand{\avec}{\mathbf a}$ $\newcommand{\bvec}{\mathbf b}$ $\newcommand{\cvec}{\mathbf c}$ $\newcommand{\dvec}{\mathbf d}$ $\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}$ $\newcommand{\evec}{\mathbf e}$ $\newcommand{\fvec}{\mathbf f}$ $\newcommand{\nvec}{\mathbf n}$ $\newcommand{\pvec}{\mathbf p}$ $\newcommand{\qvec}{\mathbf q}$ $\newcommand{\svec}{\mathbf s}$ $\newcommand{\tvec}{\mathbf t}$ $\newcommand{\uvec}{\mathbf u}$ $\newcommand{\vvec}{\mathbf v}$ $\newcommand{\wvec}{\mathbf w}$ $\newcommand{\xvec}{\mathbf x}$ $\newcommand{\yvec}{\mathbf y}$ $\newcommand{\zvec}{\mathbf z}$ $\newcommand{\rvec}{\mathbf r}$ $\newcommand{\mvec}{\mathbf m}$ $\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}$ $\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}$ $\newcommand{\real}{\mathbb R}$ $\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}$ $\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}$ $\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}$ $\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}$ $\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}$ $\newcommand{\bcal}{\cal B}$ $\newcommand{\ccal}{\cal C}$ $\newcommand{\scal}{\cal S}$ $\newcommand{\wcal}{\cal W}$ $\newcommand{\ecal}{\cal E}$ $\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}$ $\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}$ $\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}$ $\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}$ $\newcommand{\row}{\text{Row}}$ $\newcommand{\col}{\text{Col}}$ $\renewcommand{\row}{\text{Row}}$ $\newcommand{\nul}{\text{Nul}}$ $\newcommand{\var}{\text{Var}}$ $\newcommand{\corr}{\text{corr}}$ $\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}$ $\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}$ $\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}$ $\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}$ $\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}$ $\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}$ $\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}$ $\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}$ $\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}$ $\newcommand{\lt}{<}$ $\newcommand{\gt}{>}$ $\newcommand{\amp}{&}$ $\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}$

Un cuadrilátero se define como un cuádruple ordenado de puntos distintos en el plano. Estos 4 puntos se denominan vértices de cuadrilátero. El cuadrilátero ABCD también será denotado por$\square ABCD$.

Dado un cuadrilátero$ABCD$, los cuatro segmentos$[AB]$$[BC]$$[CD]$,,, y$[DA]$ se llaman lados de$\square ABCD$; los dos segmentos restantes$[AC]$ y$[BD]$ se llaman diagonales de$\square ABCD$.

Teorema$\PageIndex{1}$ Ptolemy's inequality

En cualquier cuadrilátero, el producto de las diagonales no puede exceder la suma de los productos de sus lados opuestos; es decir,

\[AC \cdot BD \le AB \cdot CD + BC \cdot DA\]

para cualquier$\square ABCD$.

Presentaremos una prueba clásica de esta desigualdad utilizando el método de triángulos similares con una construcción adicional. Esta prueba se da como ilustración — no se utilizará más en la secuela.

Prueba

$2021-02-09 9.05.34.png$

Considera la media línea$[AX)$ tal que$\measuredangle BAX = \measuredangle CAD$. En este caso$\measuredangle XAD = \measuredangle BAC$ ya que la adición$\measuredangle BAX$ o$\measuredangle CAD$ a los lados correspondientes produce$\measuredangle BAD$. Podemos suponer que

$AX = \dfrac{AB}{AC} \cdot AD.$

En este caso tenemos

$\dfrac{AX}{AD} = \dfrac{AB}{AC}$,$\dfrac{AX}{AB} = \dfrac{AD}{AC}.$

De ahí

$\triangle BAX \sim \triangle CAD$,$\triangle XAD \sim \triangle BAC$.

Por lo tanto,

$\dfrac{BX}{CD} = \dfrac{AB}{AC}$,$\dfrac{XD}{BC} = \dfrac{AD}{AC}.$

o, equivalentemente

$AC \cdot BX = AB \cdot CD$,$AC \cdot XD = BC \cdot AD$.

Sumando estas dos igualdades obtenemos

$AC \cdot (BX + XD) = AB \cdot CD + BC \cdot AD$.

Queda por aplicar el triángulo de desigualdad,$BD \le BX + XD$.

Utilizando la prueba anterior junto con el Corolario 9.3.2, se puede demostrar que la igualdad se mantiene sólo si los vértices$A, B, C$, y$D$ aparecen en una línea o un círculo en el mismo orden cíclico; véase también Teorema 10.4.1 para otra prueba del caso de igualdad. El ejercicio 18.3.2 a continuación sugiere otra prueba de la desigualdad de Tolomeo usando coordenadas complejas.

Search

Text Color

Text Size

Margin Size

Font Type