Inversão circular
Inverta pontos, retas e círculos em relação a um círculo arrastável: veja |OP|·|OP'| = r², retas por O fixas, círculos por O virarem retas e círculos ortogonais ficarem fixos.
Inverta pontos, retas e círculos em relação a um círculo arrastável: veja |OP|·|OP'| = r², retas por O fixas, círculos por O virarem retas e círculos ortogonais ficarem fixos.
Fixe um centro O e um raio r. A inversão leva cada ponto P (diferente de O) ao ponto P' que está sobre a semirreta OP e satisfaz
|OP| · |OP'| = r²
Assim, se P está perto de O, P' fica longe, e vice-versa. Pontos sobre o círculo de centro O e raio r são fixos. O centro O não tem imagem finita: ele vai para o infinito.
Esta aula mostra a inversão de um ponto P, de uma reta L1L2 e de um círculo γ. Arraste o centro O, o raio r e os demais objetos para ver as imagens mudarem.
A demonstração do caso geral começa pela semelhança de triângulos: se P' é a imagem de P, então os triângulos OPQ e OQ'P' são semelhantes para qualquer Q do objeto, porque OP · OP' = OQ · OQ' = r². Essa semelhança transforma ângulos e distâncias de modo controlado, e é disso que vem a propriedade de preservar ângulos (a inversão é uma transformação conforme).
Para círculos, basta notar que a potência de O em relação a γ é p, e a imagem de cada ponto da circunferência é determinada pela mesma razão r² / p. O círculo imagem é homotético ao original com centro O e razão r² / p, o que dá a fórmula acima.
A inversão é uma ideia clássica da geometria, que se liga às propriedades da potência de ponto. Quem a sistematizou, e em que ano, varia conforme a fonte; por isso o texto não atribui essa autoria a uma pessoa. Uma reta, que se estende ao infinito, pode virar um círculo que passa pelo centro; e o círculo de inversão, que é fixo, separa a parte "perto" de O da parte "longe" de O, que se trocam. A inversão não mantém cada reta ou cada círculo como tais, mas leva toda reta ou círculo a uma reta ou a um círculo, e isso a torna uma ferramenta poderosa.
Use a predefinição Reta por O. Por que a reta que passa pelo centro da inversão é levada nela mesma?
Cada ponto P e sua imagem P' estão na mesma semirreta a partir de O. Confira que a cor da reta imagem coincide com a original.
Use a predefinição Círculo ortogonal. Mova o centro do círculo γ e observe o ângulo entre γ e o círculo de inversão. Quando o ângulo é 90°, a imagem é o próprio γ?
Círculos ortogonais satisfazem |OG|² = ρ² + r². Confira no painel se a condição é verdadeira.
Use a predefinição Círculo por O. A imagem de um círculo que passa pelo centro é uma reta. A que distância de O essa reta fica?
A distância é k / (2ρ), em que k = r² e ρ é o raio de γ. Compare com o valor que aparece no painel.
Arraste P para dentro e para fora do círculo de inversão. Como varia o produto |OP|·|OP'|? E o que acontece quando P coincide com O?
O produto é sempre igual a r². Quando P vai para O, a imagem P' vai para o infinito, e o painel avisa.
Nenhuma aula usa esta como pré-requisito ainda.
Cada conceito leva à lista de aulas que o usam, por disciplina.
Trilha de estudo: Geometria · Mapa de conceitos