Transformações do plano e composição
Escolha duas transformações (translação, rotação, reflexão ou homotetia), veja a matriz 2x3 da composição e descubra se o resultado é rotação, reflexão deslizante, homotetia ou semelhança.
Escolha duas transformações (translação, rotação, reflexão ou homotetia), veja a matriz 2x3 da composição e descubra se o resultado é rotação, reflexão deslizante, homotetia ou semelhança.
Uma transformação do plano é uma regra que leva cada ponto P a um ponto P'. Nesta aula você escolhe duas transformações, uma após a outra, e aplica a composição a um triângulo. A figura original está em azul, a imagem depois da primeira etapa em tracejado, e a imagem final em verde.
Quatro tipos estão disponíveis:
Cada transformação vira uma matriz 2x3. A composição de duas delas é o produto das matrizes 3x3 com última linha (0, 0, 1). Para uma rotação de ângulo θ em torno de C, a parte linear é
[cos θ, −sen θ; sen θ, cos θ]
e a translação é C − R·C, de modo que o centro fica fixo. Para uma homotetia de razão k, a parte linear é k·I.
Uma isometria preserva distâncias. Toda isometria do plano é uma destas quatro:
Para semelhanças (que multiplicam distâncias por um fator constante s), há ainda a homotetia (razão s, sem rotação), a semelhança direta (rotação mais homotetia, em espiral em torno de um ponto fixo) e a semelhança indireta (reflexão mais homotetia).
A classificação sai da forma da parte linear L. Se L é ortogonal (colunas perpendiculares e de mesmo comprimento s), a transformação preserva ângulos. Com s = 1 é uma isometria; com det = +1 ela preserva orientação, e com det = −1 inverte. Quando L é uma rotação, o ponto fixo resolve (I − L) X = t, que tem solução única quando det(I − L) ≠ 0. Quando L é uma reflexão, I − L = 2nnᵀ é singular, e o sistema tem solução (uma reta de pontos fixos) só se a translação t é perpendicular ao eixo; caso contrário, a parte de t paralela ao eixo é o deslize.
Um resultado clássico é que duas reflexões em retas concorrentes equivalem a uma rotação, de ângulo igual ao dobro do ângulo entre as retas, em torno do ponto de interseção. Duas reflexões em retas paralelas equivalem a uma translação pelo dobro da distância entre elas.
transform(a, b, c, d, e, f).Uma composição de três reflexões é sempre uma reflexão ou uma reflexão deslizante, nunca uma rotação nem uma translação. Por isso o conjunto das isometrias indiretas é fechado nesse sentido: a orientação só volta a ser preservada quando o número de reflexões é par. Esse é um pequeno exemplo de como a álgebra das transformações revela a geometria sem precisar desenhar nada.
Use a predefinição Duas reflexões. Qual é o ângulo da rotação resultante e em que ponto ela está centrada?
Duas reflexões em retas que se cortam dão uma rotação em torno do ponto de interseção, de ângulo igual ao dobro do ângulo entre as retas.
Use a predefinição Reflexão deslizante. Por que a composição não é uma reflexão simples, e qual é o tamanho do deslize?
Reflexão seguida de translação paralela ao eixo. O deslize é o tamanho dessa translação, lido no painel.
Use a predefinição Duas homotetias. Por que a composição de razões 2 e −1/2 é uma meia-volta?
A razão final é o produto 2 · (−1/2) = −1. Uma homotetia de razão −1 é a rotação de 180°.
Mude a segunda transformação para homotetia e a primeira para translação. Pode a composição ser uma isometria? Qual é a razão final?
Translação é isometria, mas homotetia de razão diferente de ±1 não é. A razão da composição é a razão da homotetia.
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