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10.5: Círculos perpendiculares

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Asumir dos círculosΓ eΩ intersectar en dos puntosX yY. Dejar ym ser las líneas tangentes enX aΓ yΩ respectivamente. Análogamente, ym ser las líneas tangentes enY aΓ yΩ.

Del Ejercicio 9.6.3, obtenemos esom si y solo sim.

Decimos que el círculoΓ es perpendicular al círculoΩ (brevementeΓΩ) si se cruzan y las líneas tangentes a los círculos en un punto (y por lo tanto, ambos puntos) de intersección son perpendiculares.

De igual manera, decimos que el círculoΓ es perpendicular a la línea (brevementeΓ) siΓ y perpendicular a las líneas tangentes aΓ en un punto (y por lo tanto, ambos puntos) de intersección. Según Lemma 5.6.2, solo ocurre si la línea l pasa por el centro deΓ.

Ahora podemos hablar de circlinas perpendiculares.

Teorema10.5.1

AsumirΓ yOmega son círculos distintos. EntoncesΩΓ si y sólo si el círculoΓ coincide con su inversión enΩ.

Prueba

Supongamos queΓ denota la inversa deΓ.

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“Sólo si” parte. DejarO ser el centro deΩ yQ ser el centro deΓ. DejarX yY denotar los puntos de intersecciones deΓ yOmega. Según Lemma 5.6.2,ΩΓ si y sólo si(OX) y(OY) son tangentes aΓ.

Tenga en cuenta que tambiénΓ es tangente a(OX)(OY) y yX yY respectivamente. De ello se deduce queX yY son los puntos del pie del centro deΓ on(OX) y(OY). Por lo tanto, ambosΓ yΓ tienen el centroQ. Por último,Γ=Γ, ya que ambos círculos pasan a travésX.

“Si” parte. AsumirΓ=Γ.

Ya queΓΩ, hay un puntoP que yace enΓ, pero no enΩ. DejarP ser la inversa deP inΩ. Ya queΓ=Γ, tenemos esoPΓ. En particular, la media línea[OP) se cruzaΓ en dos puntos. Por el Ejercicio 5.6.1,O se encuentra fuera deΓ.

ComoΓ tiene puntos dentro y fuera deΩ, los círculosΓ y seΩ cruzan. Este último se desprende del Ejercicio 3.5.1.

XSea punto de su intersección. Tenemos que demostrar que(OX) es tangente aΓ; es decir,X es el único punto de intersección de(OX) yΓ.

Supongamos queZ es otro punto de intersección. Ya queO está fuera deΓ, el puntoZ se encuentra en la media línea[OX).

Supongamos queZ denota la inversa deZ inΩ. Claramente, los tres puntosZ,Z,X se encuentran sobreΓ y(OX). Este último contradice Lema 5.6.1.

Es conveniente definir la inversión en la línea como el reflejo a través. De esta manera podemos hablar de inversión en una circlina arbitraria.

Corolario10.5.1

DejarΩ yΓ ser circlinos distintos en el plano inversivo. Entonces la inversión enΩ envíaΓ a sí misma si y sólo siΩΓ.

Prueba

Por Thorem10.5.1, es suficiente considerar el caso cuandoΩ oΓ es una línea.

AsumirΩ es una línea, por lo que la inversión enΩ es un reflejo. En este caso el enunciado se desprende del Corolario 5.4.1.

SiΓ es una línea, entonces la sentencia se desprende del Teorema 10.3.2.

Corolario10.5.2

DejarP yP ser dos puntos distintos tal queP sea la inversa deP en el círculoΩ. Supongamos que la circlinaΓ pasa a travésP yP. EntoncesΓΩ.

Prueba

Sin pérdida de generalidad, podemos suponer queP está dentro yP está afueraΩ. Por Teorema 3.5.1,Γ intersectaΩ. Supongamos que A denota un punto de intersección.

Supongamos queΓ denota la inversa deΓ. Ya queA es un auto inverso, los puntosA,P, yP se encuentran enΓ. Por Ejercicio 8.1.1,Γ =Γ y por Teorema10.5.1,ΓΩ.

Corolario10.5.3

DejarP yQ ser dos puntos distintos dentro del círculoΩ. Luego hay una circlina únicaΓ perpendicular a laΩ que pasa a travésP yQ.

Prueba

DejarP ser la inversa del puntoP en el círculoΩ. Según Corolario10.5.2, la circlina está pasando a travésP yQ es perpendicular aΩ si y solo si pasa a travésP.

Tenga en cuenta queP se encuentra fuera deΩ. Por lo tanto, los puntosPP,, yQ son distintos.

De acuerdo con el Ejercicio Ejercicio 8.1.1, hay una circlina única que pasa a travésP,Q, yP. De ahí el resultado.

Ejercicio10.5.1

DejarP,Q,P, yQ ser puntos en el plano euclidiano. AsumirP yQ son inversos deP yQ respectivamente. Demostrar que el cuadriláteroPQPQ está inscrito.

Pista

Aplicar Teorema 10.2.1, Teorema 7.4.5 y Teorema 9.2.1.

Ejercicio10.5.2

DejarΩ1 yΩ2 ser dos círculos perpendiculares con centros enO1 yO2 respectivamente. Mostrar que la inversa deO1 inΩ2 coincide con la inversa deO2 inΩ1.

Pista

Supongamos queT denota un punto de intersección deΩ1 yΩ2. DejaP ser el punto del pie deT on(O1O2). O1PTO1TO2TPO2Demuéstralo. Considera queP coincide con las inversas deO1 inΩ2 y deO2 inΩ1.

Ejercicio10.5.3

Tres círculos distintosΩ1 —,Ω2 yΩ3, se cruzan en dos puntos—A yB. Supongamos que un círculoΓ es perpendicular aΩ1 yΩ2. ΓΩ3Demuéstralo.

Pista

DesdeΓΩ1 yΓΩ2, CorolarioPageIndex1 implica que los círculosΩ1 yΩ2 están invertidos enΓ sí mismos. Concluir que los puntosA yB son inversos entre sí. Ya queΩ3A,B, Corolario10.5.2 implica esoΩ3Γ.

Consideremos dos nuevas herramientas de construcción: la circunherramienta que construye una circlina a través de tres puntos dados, y la herramienta de inversión, una herramienta que construye una inversa de un punto dado en una circlina dada.

Ejercicio10.5.4

Dados dos círculosΩ1,Ω2 y un puntoP que no se encuentra en los círculos, utilizar sólo circun-herramienta y herramienta de inversión para construir una circlinaΓ que pasa a travésP, y perpendicular a ambosΩ1 yΩ2.

Pista

DejarP1 yP2 ser la inversa deP inΩ1 yΩ2. Aplicar Corolario10.5.2 y Teorema10.5.1 para demostrar que una circlinaΓ que pasa a través

P,P1, yP3 es una solución.

Ejercicio Avanzado10.5.5

Dados tres círculosΩ1 disjuntosΩ3,Ω2 y, utilizar sólo circun-herramienta y herramienta de inversión para construir una circlinaΓ que perpendicular a cada círculoΩ1,Ω2 yΩ3.

Piensa qué hacer si dos de los círculos se cruzan.

Pista

Todos los círculos que perpendiculares aΩ1 yΩ2 pasan a través de un punto fijoP. Intenta construirP.

Si dos de los círculos se cruzan, intente aplicar el Corolario 10.6.1.


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