Ympyrä

In Euklidinen geometria , joka on ympyrä on suljettu tasokäyrän koostuu pisteestä, jotka sijaitsevat yhtä etäällä pisteestä kutsutaan keskus . Tämän etäisyyden arvoa kutsutaan ympyrän säteeksi .

Että euklidinen taso , se on ”pyöreä”, joka liittyy Ranskan termin piiriin. Muussa kuin euklidisessa tasossa tai jos määritetään muu kuin euklidinen etäisyys, muoto voi olla monimutkaisempi. Minkä tahansa ulottuvuuden tilassa pisteitä, jotka on sijoitettu tasaiselle etäisyydelle keskustasta, kutsutaan palloksi .

Muut muodot voidaan luokitella "pyöreiksi": pinnat ja kiinteät aineet, joiden tietyt taso-osat ovat ympyröitä ( sylinterit , kartiot , torus , rengas jne.).

Käyttää

Ympyrä on abstrakti matemaattinen esine, jota voidaan käyttää mallinnamaan monia ilmiöitä. Tietyllä määrällä valmistettuja esineitä on pyöreä osa: sylinterit (rullat, pyörät, siilot), pallot (ilmapallo, pallot, marmorit), kartiot (rullat, suppilot). Ympyröiden ominaisuuksien avulla voidaan siten päätellä esineiden ominaisuuksia, kuten niiden tilavuus, mikä tekee mahdolliseksi päätellä kohteen massa (tietäen sen tiheys ) tai sen kapasiteetin. Pyöreän osan objektit ovat mielenkiintoisia useista syistä:

Jotkut objektit reagoivat useampaan kuin yhteen näistä elementeistä. Esimerkiksi se, että tynnyri on sylinterimäinen:

Jos esineellä on kaareva pinta, se voidaan arvioida paikallisesti ympyrällä. Jos siis tiedämme ympyrän ominaisuudet, tiedämme kohteen paikalliset ominaisuudet. Tämä antoi värähtelevän ympyrän , kaarevuussäteen ja pallomaisen yliaallon käsitteet .

Jos sinulla on esineitä tai ihmisiä ympyrässä, tiedät, että pääset niihin samalla vaivalla keskustasta, mutta että voit nähdä ne samalla tavalla, mikä voi helpottaa valvontaa. Ne voidaan myös määrittää käyttämällä yhtä parametria, suunta; tämä on esimerkiksi etua neulan soittaa . Tämä antaa myös käsitteet sylinterimäisistä ja pallomaisista koordinaateista .

Määritelmänsä mukaan euklidinen ympyrä on erittäin helppo piirtää: riittää, että sinulla on esine, jonka molemmissa päissä on vakioetäisyys, esimerkiksi kireä köysi tai haara (jopa kiertynyt) tai yleisemmin kompassi . Siksi on helppo piirtää "täydellinen" ympyrä, mikä tekee siitä etuoikeutetun geometrian opintovälineen.

Monimutkaisempiin ongelmiin ja muotoihin voimme käyttää ellipsin käsitettä .

Ympyrää voidaan käyttää symbolisesti esittämään "enemmän tai vähemmän pyöreitä" esineitä:

Pelkästään symbolisesta näkökulmasta se edustaa:

Määritelmät

Pitkän ajan jokapäiväisessä kielessä on käytetty sanaa "ympyrä" käyrän ( kehän ) nimeämiseksi yhtä paljon kuin sen rajaama pinta. Nykyään matematiikassa ympyrä merkitsee yksinomaan kaarevaa viivaa, jota pintaa kutsutaan puolestaan levyksi .

Ympyrän kehän suhde sen halkaisijaan määrittää luvun pi .

Muut määritelmät ansaitsevat määritelmän:

Yhtälöt

Karteesiset ja parametriset yhtälöt

Tasossa, joka on varustettu ortonormaalit koordinaatistossa , suorakulmaisessa yhtälö ympyrän, jonka keskipiste on C ( , b ) ja säde r on:

, joko yksikkö- tai trigonometrisen ympyrän (ympyrä, jonka keskipiste on vertailukehyksen alkuperä ja jonka säde on 1 ):

Tämä yhtälö on itse asiassa sovellus Pythagoraan lauseen varten suorakulmaisen kolmion muodostaman pisteen ympyrän ja sen projektio kaksi sädettä yhdensuuntainen.

Korostamalla y saadaan ympyrän kaksinkertainen suorakulmainen yhtälö (itse asiassa yhtälö jokaiselle vaakasuuntaisen halkaisijan rajaamalle puoliympyrälle):

.

Mahdollista parametriset yhtälöt ympyrän (funktiona parametrin θ joka tässä ilmentää suunnattu kulmaan vektorin yhdistävän ympyrän keskipisteen yhteen nämä kohdat yksikköön nähden vaakasuora vektori koordinaatiston) annetaan:

ts. ympyrälle, joka on keskitetty alkuperään (0; 0)  :

ja yksikköympyrän osalta:

.

Puoliympyrään kirjoitetun kulman ja sen vastavuoroisen lauseen ansiosta voimme määrittää myös yhtälön halkaisijan [ AB ] ympyrälle C  :

Viivan leikkauspisteet

Analyyttinen geometria määrittämiseksi risteyksessä ympyrän ja suora viiva . Ilman yleisyyden menetystä , alkuperä koordinaattijärjestelmä on ympyrän keskipiste ja abskissa-akselilla on yhdensuuntainen linjan. Kyse on sitten lomakemallin ratkaisemisesta:

,

Siksi etsimään ratkaisuja x on

.

Kolme tapausta riippuu siitä, onko ympyrän keskipisteen ja viivan välinen etäisyys suurempi kuin säde, yhtä suuri vai pienempi:

Ympyrä nähdään osiona

Ympyrä on ellipsi, jonka polttopisteet yhtyvät ympyrän keskipisteen kanssa; pääakselin pituus on yhtä suuri kuin sivuakselin pituus. Se on kartiomainen osa, jonka epäkeskisyys e on 0. Se voidaan saada aikaan leikkaamalla taso kierroskartion kanssa, kun taso on kohtisuorassa kartion kierrosakseliin nähden (puhumme joskus "osiosta oikealle"). kartio).

In teollisen muotoilun , ympyrä on useimmiten edustettuna sen vaaka-akselin ja sen pystyakselin (keskellä linjat: ohut viiva koostuu pitkä ja lyhyt katkoviiva), tai yksinkertaisesti sen keskus toteutunut suoralla risti "+" juonteita. Kierrosmuoto, kiinteä tai ontto ( sylinteri , kartio , pallo ), joka näkyy kierrosakselilla, on ympyrä.

Geometriset ominaisuudet

Toimenpiteitä

Pituus kaaren , jonka säde on r subtended jota kulma keskellä α , ilmaistuna radiaaneina , on yhtä suuri kuin aR . Siten : n kulmassa (yksi täydellinen kierros) ympyrän pituus on 2π r .

Pinta-ala levy , jota rajoittaa ympyrä, jonka säde on r on π r 2  ; jos otamme tietyn pituisen sointu l ja käytämme sitä rajaamaan suljettua pintaa, suurin pinta-ala on rajattu ympyrällä.

Karthagon perustamisen legendan mukaan suvereeni oli sallinut foinikialaisten perustaa kaupungin, jonka ympärysmitta rajoitettaisiin lehmännahalla  ; Dido teki siitä suuren kaistaleen ja valitsi pyöreän muodon saadakseen suurimman pinnan.

Köysi ja jousen nuoli

Kulman α tukeman sointun pituus on yhtä suuri kuin 2 r sin ( α / 2) .

Voimme ilmaista ympyrän säteen r , sointunen c ja minkä tahansa sen kaaren nuolen f niiden kahden mukaan soveltamalla Pythagoraan lauseen oikeaan kolmioon, jonka muodostavat r - f , c / 2 ja r, jotka on hypotenuusi:

.

Sinuosity kahden vastakkaisen samanlaisia ympyrän kaarta liittyi samalla jatkuvasti differentioituvat tasossa on riippumaton ympyrän säde.

Tangentti

Ympyrän pisteessä oleva tangentti on kohtisuorassa kyseisen pisteen säteen kanssa.

Tällä ominaisuudella on sovelluksia geometriseen optiikkaan  : pallomaisen peilin keskustan läpi kulkeva valonsäde lähtee jälleen vastakkaiseen suuntaan samaan suuntaan (meillä on heijastus kohtisuorassa peiliin nähden). Jos laitamme lampun pallomaisen peilin keskelle, valo palautetaan toiselle puolelle, mikä sallii esimerkiksi "taittaa" valoa kohti parabolista peiliä (vastapeilin periaate).

Tarkastellaan ympyrää, jonka keskipiste on O ja piste A tämän ympyrän ulkopuolella. Etsimme tangenttia tälle A: n läpi kulkevalle ympyrälle  ; tangentiaalipistettä kutsutaan T: ksi .

Käytämme sitä, että kolmio AOT on T- suorakulmio . Tämä oikea kolmio on siis merkitty ympyrä , jonka keskipiste on keskipiste [ AO ] , tai jopa, joka vastaa, että hypotenuusa on pituudeltaan kaksinkertainen, että mediaani johtuvat oikeassa kulmassa.

Siksi määrittää keskipisteen I on [ AO ] , niin me piirtää kaaren ympyrän keskellä I ja säde IO . Tämä pyöreä kaari leikkaa ympyrän tangentin pisteissä.

Välittäjä

Kohtisuora puolittaja on merkkijono kulkee ympyrän keskipisteen. Tämä mahdollistaa ympyrän keskipisteen löytämisen: riittää piirtämään kaksi ei-yhdensuuntaista sointua ja löytämään niiden kohtisuorien puolikkaiden leikkauspiste.

Voimme myös osoittaa, että kolmion kohtisuorat puolikkaat ovat samanaikaisia ​​ja että leikkauspiste on kolmen kärjen läpi kulkevan ympyrän keskipiste, jota kutsutaan kolmioon ympyröidyksi ympyräksi .

Ympyrä ja suorakulmio

Otetaan ympyrä kolme pistettä A , B ja C , joista kaksi - A ja C - ovat täysin vastakkaisia ​​(ts. [ AC ] on halkaisija). Sitten kolmio ABC on suorakulmio B .

Tämä johtuu siitä, että suorasta kulmasta tuleva mediaani on puolet hypotenuusista (meillä on säde ja halkaisija); tämä on kolmion ominaisuus, jota kutsutaan puoliympyräkulmalauseeksi tai Thalesin lauseeksi (Saksassa ja joissakin englanninkielisissä maissa).

Olkoon päinvastoin A ja C ympyrän kaksi täysin vastakkaista pistettä. Tai B kohdassa, joka on tasossa kuin ABC on suorakulmio B . Sitten B kuuluu ympyrään.

Kaiverrettu kulma, keskikulma

Otetaan ympyrän kaksi erillistä pistettä A ja B. O on ympyrän keskipiste ja C on toinen ympyrän piste. Joten meillä on

Keskuskulman suhteen on otettava huomioon kulmasektori, joka sieppaa kaaren, joka sisältää C: n sisältävän kaaren .

Tämä ominaisuus on käytössä aallonpituuden dispersio spektrianalyysi laitteita , se on käsite on päättänyt, ympyrän tai Rowland ympyrä .

Pisteen voima ympyrän suhteen

Jos M on piste ja Γ on ympyrä, jonka keskipiste on O ja säde R , niin jokaiselle M: n läpi kulkevalle ja ympyrää kohdissa A ja B olevalle suoralle olemme

.

Tämä arvo ei riipu valitusta viivasta, vaan vain M : n sijainnista ympyrän suhteen.

Voimme huomata sen

Teho pisteen M suhteessa ympyrän Γ kutsutaan sitten tuote algebrallinen toimenpiteiden MA ja MB . Tämä tuote on riippumaton valitusta linjasta ja on aina voimassa .

Kun piste M on ympyrän ulkopuolella, on mahdollista tehdä tangentteja ympyrälle. Kutsumalla T yhden näiden tangenttien kosketuspisteeksi kolmion OMT Pythagorean lauseen mukaan, M: n voima on MT 2 .

Tasa-arvo:

riittää sanomaan, että viiva ( MT ) on tangentti ympyrälle.

Pisteen potenssi mahdollistaa tarkistaa, että neljä pistettä ovat cocyclic: todellakin, jos

sitten neljä pistettä ovat syklisiä.

Rekisteröityjen piirien raportti

Tämä osio voi sisältää julkaisemattomia töitä tai vahvistamattomia lausuntoja  (30.8.2015) . Voit auttaa lisäämällä viitteitä tai poistamalla julkaisemattoman sisällön.

Saman säteen ympyröiden merkintä ympyrään, tasasivuinen kolmio, neliö

Huomautuksia ja viitteitä

  1. Katso määritelmä adjektiivi kierroksen on CNRTL verkkosivuilla .
  2. Pierre de Ronsard , Vastaus en tiedä, mitkä Geneven saarnaajat ja ministerit ,1563.
  3. "  Kreikan kehitys: ympyrä ja pallo  " , Ranskan kansalliskirjaston virtuaaligallerioissa .
  4. Johannes Kepler , Kosmografinen mysteeri ,1596.
  5. Esimerkiksi Diderotin ja d'Alembertin tietosanakirjassa ympyrä on "ympärysmitta ympäröivä tila" ( s: L'Encyclopédie / 1re edition / CERCLE ) ja sanakirja Robert edition 1993 antaa kolmanneksi merkitykseksi sana ympyrä: "nykyisellä laajennuksella: tasainen pinta, jota rajoittaa ympyrä" .
  6. Jean Dieudonné , Lineaarinen algebra ja perusgeometria , Pariisi, Hermann ,1964esim. 2p.96
  7. Etsi nämä ympyröiden merkinnät kaavion sivupinosta .

Katso myös

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">