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Matemágica

Lugares geométricos: o traço de um ponto por construção

Escolha uma construção (mediatriz, círculo de Apolônio, cicloide, elipse do jardineiro ou concoide), arraste o ponto P sobre o caminho e veja o traço que o ponto Q deixa.

Nível 4 · Muito avançado Ferramenta Origem: nova

Lugares geométricos: o traço de um ponto por construção

Um lugar geométrico é o conjunto de todos os pontos que satisfazem uma propriedade. Uma forma comum de obtê-lo é por construção: um ponto P percorre um caminho, outro ponto Q é definido a partir de P por uma regra, e o conjunto dos Q que aparecem é o traço.

Nesta aula você escolhe uma construção e arrasta o ponto P. O ponto P fica restrito ao caminho (uma reta ou uma circunferência), e o traço de Q é desenhado por completo. O painel mostra a relação geométrica que a construção garante, com valores atuais.

As construções

O que observar

Fórmulas

Por que é verdade

Na elipse do jardineiro, Q está na mediatriz de AP, então QA = QP. Como P está sobre a circunferência de raio R centrada em O, QO + QP = R. Substituindo QP por QA, temos QO + QA = R. Como R é maior que a distância OA (A está dentro da circunferência), essa soma define exatamente a elipse de focos O e A.

No círculo de Apolônio, a bissetriz interna do ângulo APB divide AB na razão PA : PB, e a bissetriz externa divide AB externamente na mesma razão. Os dois pontos são harmônicos em relação a A e B, e o segmento entre eles é um diâmetro do círculo de todos os pontos X com XA/XB = PA/PB.

A cicloide sai de rolar sem deslizar: a roda gira um ângulo θ enquanto o centro avança rθ. Assim, o ponto de contato, que está no chão, e o ponto Q estão ligados pela rotação, e a posição de Q é a soma do movimento de translação com a rotação em torno do centro.

Aplicações

Curiosidade

A concoide de Nicomedes, criada por volta de 180 a.C., foi usada pelo próprio autor para trissecar ângulos e para resolver o problema da duplicação do cubo. Essas construções são impossíveis só com régua e compasso, mas a concoide permite resolvê-las com um instrumento a mais. O nome vem da palavra grega para "concha", porque a curva lembra essa forma em um dos seus ramos.

Desafios

  1. Use a construção Elipse do jardineiro. Por que a soma das distâncias de Q aos focos O e A é sempre o raio R?

    Dica

    Q está na mediatriz de AP, então QA = QP. Some QO + QP, que é o raio R, para obter QO + QA.

  2. Use a construção Mediatriz. Qual é o traço de Q e qual é o foco dessa curva?

    Dica

    Q é equidistante de A e da reta y = 0. A curva é a parábola de foco A e diretriz y = 0.

  3. Na construção Círculo de Apolônio, confirme que os dois pés das bissetrizes têm a mesma razão de distâncias para A e B. Por que o centro é o ponto médio deles?

    Dica

    Os dois pés são extremos de um diâmetro do círculo de Apolônio, então o centro é o ponto médio deles.

  4. Na cicloide, mude a distância d do ponto ao centro da roda. Para que valor de d o traço tem laços? E sem laços?

    Dica

    Com d = r temos a cicloide comum. Com d > r a curva tem laços; com d < r ela é encurtada.

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Próximos passos

Nenhuma aula usa esta como pré-requisito ainda.

Conceitos

Cada conceito leva à lista de aulas que o usam, por disciplina.