author: Ing, Giulio De Meo GEOMETRIA TEOREMI FONDAMENTALI DI GEOMETRIA GEOMETRIA ELEMENTARE La somma degli angoli interni di un poligono di n lati è (n - 2) · 180°. La somma degli angoli esterni di un qualsiasi poligono vale 360°. 1° teorema di Euclide: AB2 = BH · BC 2° teorema di Euclide: AH2 = BH · HC Teorema di Talete: AB : BC = A’ B’ : B’ C’ Teorema delle Corde: AE : DE = CE : EB Teorema delle Secanti: PA : PD = PC : PB Raggio circonferenza inscritta in un triangolo qualsiasi: Lunghezza di un Arco di Circonferenza: Cir 18 author: Ing, Giulio De Meo AREA DI FIGURE PIANE A = b ·h Parallelogrammo: h b b Trapezio: A = ( B + b ) · h 2 h A B Rombo: A = D · d = ( A B · CD ) 2 2 C D B Triangolo: l’area di un triangolo qualsiasi di cui si conosce la misura dei tre lati si può determinare con la Formula di Erone: semiperimetro p = a + b + c 2 Area = p ( p - a ) ( p - b) ( p - c) a b h c = ½ (c· h) Risoluzione di un Triangolo Rettangolo: A Se di un triangolo rettangolo si conosce la relazione tra 2 lati o tra 2 angoli, si può risolvere utilizzando i teoremi di Pitagora 3x h e di Euclide e la proporzione nell’incognita x. esempio: C se AC = ¾ AB e la loro somma è 49cm per risolvere basta porre : AC= 3x; AB= 4x; quindi AC+AB= 7x = 49cm; allora x=7cm; AC = 3x =21cm; AB = 4x = 28cm; Area= ½ AC AB = 294cm2 ; 4x B Poligono Regolare: A= prodotto del Semiperimetro p moltiplicato l’apotema : p= P 2 a Quadrato: A= p·a Area = lato 2 ; Diagonale = lato · √ 2 ; 19 author: Ing, Giulio De Meo GEOMETRIA PIANA Distanza tra 2 punti A ( x1 , y1 ) e B ( x2 , y2 ) : AB = √ (x2 – x1 )2 + (y2 – y1 )2 x1 + x2 y1 + y2 , . 2 2 Punto medio: M Eq. implicita di una retta: Eq. esplicita retta: y = mx + q ; ax + by + c =0 ; m= – a/b; q = – c/b; Coeff angolare retta passante per 2 punti: m = (y2 – y1 ) / ( x2 – x1 ) ; Eq retta di coefficiente angolare ‘m’ e passante per un punto P(x0,y0) y − y0 = m ( x − x0 ) Anche eq. fascio proprio di rette di centro (x0 , y0 ): Retta passante per due punti A(x1,y1) , B(x2,y2): Distanza di un punto P(x0,y0) da una retta: d = y − y1 x − x1 = y2 − y1 x2 − x1 ax0 + by0 + c a2 + b2 . Luoghi Geometrici: equazione della bisettrice di due rette: ax + by + c = ± a1x + b1 y+ c1 √ ( a2 + b2 ) Quesiti su un Triangolo di vertici √ ( a12 + b12 ) A(x1,y1) , B(x2,y2) C(x3,y3) Coordinate del Baricentro del triangolo : Area del Triangolo noti i vertici (regola di Sarrus): 20 author: Ing, Giulio De Meo Punti Notevoli di un TRIANGOLO Altezza: segmento congiungente un vertice ed il suo lato opposto che incide perpendicolarmente (cioè forma un angolo di 90°); 90°) Ortocentro: punto di incontro delle Altezze. Mediana: segmento congiungente un vertice ed il punto medio del lato opposto. Baricentro: punto di incontro delle mediane; inoltre si ha: AG = 2 GMa ; BG = 2 Mb ; CG = 2 Mc ; Bisettrice: retta congiungente un lato ed il vertice opposto che divide il suo angolo in 2 angoli uguali. Incentro: punto di incontro delle Bisettrici, coincidente con il centro della circonferenza inscritta nel triangolo. Asse: segmento perpendicolare ad un lato e passante per il suo punto medio M Circocentro: punto di incontro degli assi coincidente con il centro della circonferenza circoscritta al triangolo. 21 author: Ing, Giulio De Meo CONICHE Una conica è una curva ottenuta dalla intersezione di un cono circolare retto con un piano. Analizziamo alcuni tipi di coniche reali: Circonferenza, Ellisse, Parabola ed Iperbole. Circonferenza La circonferenza è il luogo dei punti del piano equidistanti da un punto fisso detto centro. ( x – α )2 + ( y – β )2 = r 2 x 2 + y 2 + ax + by + c = 0 . centro: C ( α , β ) ; a = - 2α ; Lunghezza del raggio: r = c = α2 + β2 – r2 b = -2β ; a2 + b2 4 -c Ellisse L’ellisse è il luogo geometrico dei punti del piano per i quali è costante la somma delle distanze da due punti fissi detti fuochi. Consideriamo dapprima il caso di un ellisse con Fuochi sull’asse X centrato in O: a>b: b x2 y2 + =1 a2 b2 -a F2 F1 a F1 ( - c , 0 ) ; F2 ( c , 0 ) ; b c2 = a 2 − b2 Eccentricità : e = c <1 a Consideriamo adesso il caso di un ellisse con Fuochi sull’asse Y centrato in O: b a<b: F1 ( 0, - c ) ; c 2 = b2 ─ a2 ; F2 -a = F2 ( 0 , c) ; <1 a F1 -b Nel caso in cui l’ellisse sia centrato in un punto P( xo,yo) diverso dall’origine, la sua equazione è ( x ─ xo ) 2 + ( y ─ yo ) 2 = 1 a2 b2 22 author: Ing, Giulio De Meo Parabola La parabola è il luogo dei punti del piano equidistanti da un punto fisso detto fuoco e da una retta fissa detta direttrice. Una parabola con asse di simmetria parallelo all’asse Y ha equazione: y = ax 2 + bx + c Vertice : V ( - b/2a , -∆/4a ) ∆ 1 b ,− + . 2a 4a 4a fuoco: F − se a > 0 concavità verso l’alto eq. asse di simmetria: X = -b/2a ; Eq. direttrice: y = − ∆ 1 . − 4a 4a se a < 0 concavità verso il basso Una PARABOLA con asse di simmetria parallelo all’asse X ha equazione: x = ay 2 + by + c Fuoco : 1 b ∆ F − + ,− 4 a 4a 2 a Vertice: V ( -∆/4a , -b/2a ) se a > 0 concavità verso destra eq. asse di simmetria: Y = -b/2a ; eq direttrice : x = - (1+∆) / 4a ; se a < 0 concavità verso sinistra 23 author: Ing, Giulio De Meo Iperbole L’iperbole è il luogo geometrico dei punti del piano per i quali è costante (in valore assoluto) la differenza delle distanze da due punti fissi detti fuochi. Consideriamo dapprima il caso di un’iperbole con Fuochi sull’asse X centrata in O: x2 y 2 − =1 ; a 2 b2 eccentricità: b F1 -a c 2 = a 2 + b2 ; a e= Asintoti dell’iperbole: F2 -b 1 c >1 a y=− F ( ± c , 0 ); b b x; y= x; a a Coeff angolare tangente alla iperbole nel punto di ascissa xo Equaz tangente nel punto P (Xo, Yo) Nel caso in cui l’iperbole ha fuochi sull’asse Y o anche, interseca l’asse Y: y2 x2 –– – –– = – 1 ; a2 b2 c2 = a2 + b2 ; c e = –– > 1 ; b F ( 0 , ± c ); Asintoti dell’iperbole: y=− b b x; y= x a a 24 author: Ing, Giulio De Meo Iperbole Equilatera: Un’iperbole si dice equilatera quando i suoi asintoti sono perpendicolari tra loro. ( a = b ) : x2 − y 2 = a2 oppure eccentricità: √2 ; 2 2 Asintoti: y=x ; y = −x ; fuochi F ( ± c , 0 ) ; Se gli asintoti corrispondono agli assi allora l’equazione generale dell’iperbole diventa: xy = k ; in particolare, se k > 0 l’iperbole è nel 1° e 3° quadrante, se se k < 0 nel 2° e 4°. Iperbole Equilatera riferita agli asintoti: xy = k con Vertici: V > 0 ; = √2 √ , √ V √ , √ Fuochi: √2 , √2 ; √2 , √2 Funzione OMOGRAFICA : y = ax + b con a,b,c,d costanti reali. cx + d se c=0 oppure se c≠00 e ad = bc la funzione è una retta. se c≠0 e ad ≠ bc la funzione è un’ Iperbole Equilatera Traslata con asintoti x = -d/c ; y = a/c che sono le coordinate del nuovo centro O’ dell’ dell iperbole equilatera traslata. raslata. Operando la traslazione d’assi sotto si ottiene una iperbole equilatera del tipo xy = k ; 25 author: Ing, Giulio De Meo CLASSIFICAZIONE E RIDUZIONE DI UNA CONICA Analiticamente una conica è espressa da un’equazione del 2° ordine a coefficienti reali: f(x,y) = a11 x2 + a22 y2 + 2 a12 x y + 2 a13 x + 2 a23 y + a33=0 ed in coordinate omogenee : f(x1,x2,x3) = a11 x12 + a22 x22 + a33 x32 + 2 a12 x1 x 2 + 2 a13 x1 x 3 +2 a23 x2 x 3 = 0 ad essa si associa la matrice A: se Det(A) = 0 la conica si dice DEGENERE o RIDUCIBILE. Si può classificare la conica in base al complemento algebrico A33 della matrice: A33 = a11 a22 – ( a12 ) 2 si hanno 3 casi: - A= A33 > 0 : la conica è un’ Ellisse; A33 = 0 : la conica è una Parabola; A33 < 0 : la conica è un’ Iperbole. a 11 a 12 a 13 a 12 a 22 a 23 a 13 a 23 a 33 RIDUZIONE A FORMA CANONICA L’equazione completa della conica si può semplificare passando ad una forma ridotta detta canonica: basta calcolare il determinante Det(A), il valore di A33 e la somma I = a11 + a22 . Quindi si hanno 2 casi: a x12 + b x22 + c x32 = 0; 1) coniche a centro (Ellisse o Iperboli) : equazione ridotta i coefficienti a, b, c si determinano risolvendo il sistema 2) Parabola: i coefficienti a e b si determinano risolvendo il sistema A33 · c = det ( A ) a+b = I a · b = A33 a x12 + 2 b x2 x3 = 0; equazione ridotta a = I - a · ( b )2 = det(A) 26 author: Ing, Giulio De Meo CLASSIFICAZIONE AFFINE DELLE QUADRICHE La quadrica Q : XT A X di equazione: a11 x2 + a22 y2 + a33 z2 + 2 a12 x y + 2 a13 x z + 2 a23 y z + 2 a14 x + 2 a24 y + 2 a34 z + a44=0 a11 x12 + a22 x22 + a33 x32 + a44 x42 + 2 a12 x1 x 2 + 2 a13 x1 x 3 +2 a23 x2 x 3 +2 a14 x1 x 4 + + 2 a24 x2 x 4 = 0 e di matrice simmetrica a 11 a 12 a 13 a 14 a 12 a 22 a 23 a 24 a 13 a 23 a 33 a 34 a 14 a 24 a 34 a 44 A= si può classificare in base al DET (A) , al valore di A 44 ed alla Conica impropria C∞ sezione della quadrica con il piano improprio X4 = 0 . La conica C∞ si determina dalla equazione Q della quadrica eliminanando i termini di X, Y, Z e noto. C∞ è riducibile se il determinante della sua matrice è nullo; C∞ è reale se il discriminante della sua equaz. ∆ ≥ 0 ; è detta immaginaria nel caso contrario. 1) DET(A) ≠ 0 - QUADRICA GENERALE: (Ellissoide, Paraboloide o Iperboloide): det(A) > 0 Ellissoide Immaginario det(A) < 0 Ellissoide Reale a punti ellittici ● se A44 ≠ 0 e C∞ = immaginaria ● se A44 ≠ 0 e C∞ = reale non degenere ● se A44 = 0 e C∞ = degenere 2) det(A) > 0 Iperboloide ad 1 falda a punti Iperbolici det(A) < 0 Iperboloide a 2 falde e punti Ellittici det(A) > 0 Paraboloide iperbolico a sella a punti iperbolici det(A) < 0 Paraboloide ellittico a punti ellittici DET(A) = 0 QUADRICA SPECIALIZZATA : (Cilindro o Cono): □ se Det (A) = 0 e Rango (A) = 3 ● se A44 ≠ 0 e C∞ = immaginaria : ● se A44 ≠ 0 e C∞ = reale non degenere: ● se A44 = 0 e C∞ = riducibile in Cono Immaginario; Cono Reale 2 rette reali e distinte: Cilindro Iperbolico 2 rette reali e coincidenti: 2 rette complesse coniugate: Cilindro Parabolico Cilindro Ellittico □ se Det (A) = 0 e Rango (A) < 3 ● se Rango(A) = 2 - Quadrica riducibile composta da 2 Piani distinti: ● se Rango(A) = 1 - Quadrica riducibile composta da 2 Piani coincidenti: 27 author: Ing, Giulio De Meo FASCI DI RETTE Fascio Proprio: insieme di tutte le rette del piano che passano per un punto comune detto Centro. Se il centro è C (x0 , y0 ) l’eq del fascio è: y - y0 = m ( x - x0 ) che equivale all’equazione (ax + by + c) + k (a1 x + b1 y + c1 ) = 0 ; (*) le due rette entro parentesi sono le generatrici del fascio. Se si conosce l’eq del fascio, per ricavarne il Centro basta fare Sistema tra 2 qualsiasi rette del fascio. Se si conoscono 2 rette, basta scrivererle nella forma (*) per determinare il fascio. Dato il fascio, la retta passante per un punto dato la si determina sostituendo le coordinate del punto nell’ equazione del fascio (*). Fascio Improprio: ax + by + k = 0 insieme delle rette del piano parallele ad una retta data. FASCI DI CIRCONFERENZE Sia data l’equazione del fascio generico come combinazione lineare di 2 circonferenze: ( x2 + y2 + a1 x + b1 y + c1 ) + k ( x2 + y2 + a2 x + b2 y + c2 ) = 0 ; (*) Si determina il Centro del fascio portando l’equazione del fascio in forma implicita: x2 + y2 + ax + by + c = 0 ; o facendo sistema tra le equazioni delle 2 circonf. date. Distinguiamo 4 tipi di Fascio: 1) Fascio di circoli Secanti: Tutte le circonferenze si intersecano in 2 punti A e B (punti base) La retta AB è detta asse radicale (circonf. degenere di raggio ∞ ). L’asse del segmento AB su gui giacciono i centri delle circonferenze è detto asse centrale. 2) Fascio di circoli Tangenti: Tutte le circonferenze sono tra loro tangenti in un solo punto T L’asse radicale è la retta r passante per T (x0 , y0 ) l’equaz del fascio si può scrivere come c.l. dell’equazione della retta r: [ ( x – x0 )2 + ( y – y0 )2 ] + k (ax + by + c) = 0 T 3) Fascio di circoli concentrici: x2 + y2 + ax + by + k = 0 tutte I circoli sono concentrici. 28