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Podaria

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In geometria, lapodaria di uncurva rispetto ad unpuntoP{\displaystyle P} dettopolo è illuogo geometrico formato dalleproiezioni diP{\displaystyle P} sullerette tangenti alla curva; tali proiezioni sono anche i piedi dellenormali alle rette tangenti alla curva passanti per il polo stesso (da cui il termine podaria). La curva originaria è detta ancheantipodaria.

Equazione della podaria

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Siano date leequazioni parametriche della curvaΓ{\displaystyle \Gamma }:

{x=f(t)y=g(t),{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}x&=&f(t)\\y&=&g(t),\end{matrix}}\right.}

dovef{\displaystyle f} eg{\displaystyle g} sono duefunzioni derivabili su unintervalloIR{\displaystyle I\in \mathbb {R} }. La tangente diΓ{\displaystyle \Gamma } nel suo punto(f(t),g(t)){\displaystyle \left(f(t),g(t)\right)} ha equazione

yg(t)=g(t)f(t)(xf(t)).{\displaystyle y-g(t)={\frac {g^{\prime }(t)}{f^{\prime }(t)}}\left(x-f(t)\right).}

La proiezione diP(x0,y0){\displaystyle P\left(x_{0},y_{0}\right)} sulla tangente si trova sulla retta perpendicolare a questa e passante perP{\displaystyle P}:

yy0=f(t)g(t)(xx0).{\displaystyle y-y_{0}=-{\frac {f^{\prime }(t)}{g^{\prime }(t)}}\left(x-x_{0}\right).}

Intersecando queste due rette si ottiene il generico punto della podaria, che ha le seguenti equazioni parametriche:

{x=x0f2(t)+(y0g(t))f(t)g(t)+f(t)g2(t)f2(t)+g2(t)y=g(t)f2(t)+(x0f(t))g(t)f(t)+y0g2(t)f2(t)+g2(t),{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}x&=&{\frac {x_{0}f^{\prime 2}(t)+(y_{0}-g(t))f^{\prime }(t)g^{\prime }(t)+f(t)g^{\prime 2}(t)}{f^{\prime 2}(t)+g^{\prime 2}(t)}}\\y&=&{\frac {g(t)f^{\prime 2}(t)+(x_{0}-f(t))g^{\prime }(t)f^{\prime }(t)+y_{0}g^{\prime 2}(t)}{f^{\prime 2}(t)+g^{\prime 2}(t)}},\end{matrix}}\right.}

Casi particolari

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Utilizzando l'equazione sopra descritta si possono calcolare alcuni casi significativi di podaria.

Podaria della circonferenza

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Esempi di podaria della circonferenza con poli in differenti posizioni

La podaria di una circonferenza è lalumaca di Pascal.

Per dimostrarlo, si considera una circonferenza passante per l'origine di raggio 1 ecentro nel punto(1,0){\displaystyle (1,0)}, di equazioni parametriche:

{x=1+costy=sint.{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}x&=&1+\cos t\\y&=&\sin t.\end{matrix}}\right.}

Possiamo limitarci a considerare i poliP(a,0){\displaystyle P(a,0)}, posti sull'asse delle ascisse, cona1{\displaystyle a\leq 1}. Le equazioni della podaria sono allora:

{x=cost(1+cost)+asin2t=a+cost+(1a)cos2ty=sint(1+cost)asintcost=sint+(1a)sintcost.{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}x&=&\cos t(1+\cos t)+a\sin ^{2}t=a+\cos t+(1-a)\cos ^{2}t\\y&=&\sin t(1+\cos t)-a\sin t\cos t=\sin t+(1-a)\sin t\cos t.\end{matrix}}\right.}

I casi possibili sono:

  • P{\displaystyle P} è il centro della circonferenza: la podaria è la circonferenza stessa;
  • P{\displaystyle P} è interno alla circonferenza: la podaria è senza nodi; se P dista dal centro meno di metà raggio, la podaria racchiude una regione convessa, altrimenti una regione concava;
  • P{\displaystyle P} è sulla circonferenza: la podaria è unacardioide;
  • P{\displaystyle P} è esterno alla circonferenza: la podaria è una curva intrecciata.

Podaria della parabola

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Esempi di podaria della parabola con poli in differenti posizioni

Consideriamo la parabola di equazioney=x2{\displaystyle y=x^{2}}; le sue equazioni parametriche sonox=t{\displaystyle x=t} ey=t2{\displaystyle y=t^{2}}; dalla formula generale si ricavano le equazioni della podaria per un poloP(0,a){\displaystyle P(0,a)} che giace sull'asse della parabola:

{x=2t(a+t2)1+4t2y=t2(4a1)1+4t2.{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}x&=&{\frac {2t(a+t^{2})}{1+4t^{2}}}\\y&=&{\frac {t^{2}(4a-1)}{1+4t^{2}}}.\end{matrix}}\right.}

Alcune podarie notevoli sono:

Voci correlate

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Collegamenti esterni

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