Elementos de la circunferencia y del círculo Circunferencia es el conjunto de todos los puntos del plano que equidistan de un mismo punto llamado centro de la circunferencia. El punto centro no pertenece a la circunferencia. La circunferencia se nombra con la letra del centro y un radio. Círculo es la figura plana formada por una circunferencia más toda su región o área interior Ejemplos prácticos de una circunferencia: Aro, anillo, hula-hula, borde de vaso, la orilla de un plato, etc. Perímetro de la circunferencia: 2 · r · d Elementos de la circunferencia Rectas en la circunferencia Radio: Es un segmento que une el centro de la circunferencia con cualquier punto de ella. El radio se nombra con la letra “r” o bien con sus puntos extremos. La medida del radio es constante. Cuerda: es el segmento que une dos puntos de la circunferencia. Las cuerdas tienen distintas medidas.
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Elementos de la circunferencia y del círculo
Circunferencia es el conjunto de todos los puntos del plano que equidistan de un mismo
punto llamado centro de la circunferencia. El punto centro no pertenece a la
circunferencia. La circunferencia se nombra con la letra del centro y un radio.
Círculo es la figura plana formada por una circunferencia más toda su región o área
interior
Ejemplos prácticos de una circunferencia: Aro, anillo, hula-hula, borde de vaso, la orilla
de un plato, etc.
Perímetro de la circunferencia: 2 · r · d
Elementos de la circunferencia
Rectas en la circunferencia
Radio: Es un segmento que une el centro de la circunferencia
con cualquier punto de ella.
El radio se nombra con la letra “r” o bien con sus puntos
extremos.
La medida del radio es constante.
Cuerda: es el segmento que une dos puntos de la
circunferencia. Las cuerdas tienen distintas medidas.
Diámetro: Es la cuerda que pasa por el centro de la
circunferencia.
El diámetro es la cuerda de mayor medida.
El diámetro se nombra con la letra “d”.
El diámetro siempre es el doble del radio: d = 2r r = d/2 .
Tangente: es la recta que intersecta en un solo punto a la
circunferencia.
Secante: es la recta que intersecta en dos puntos a la circunferencia.
Arco: es una parte de la circunferencia comprendida entre dos
puntos de ella.
Ángulos en una circunferencia
Ángulo del centro: Es el ángulo cuyo vértice es el centro de la circunferencia y sus lados son dos radios de
ella.
Figura Características Medida
Vértice en el centro de la circunferencia
Lados que contienen radios de ella
m (< AOB) =
m (arco AB)
Ejemplo:
(Debe leerse: arco SR es igual a un
tercio de la circunferencia. Calcular el
ángulo X))
Por definición del Teorema del ángulo del centro la medida del arco SR es igual a la medida del ángulo del
centro (x). Como la circunferencia en el sistema sexagesimal tiene 360º significa que el arco SR mide 1/3 de
360º, esto es dividir 360 en 3 partes y tomar 1 sola.
360º : 3 = 120º < SOR = 120º
Ángulo Inscrito: Es el ángulo cuyo vértice está sobre la circunferencia y sus lados son cuerdas de ella. Para
todo ángulo inscrito, existe un ángulo del centro que subtiende el mismo arco. El ángulo inscrito es igual a
la mitad del ángulo del centro que subtiende el mismo arco.
Figura Características Medida
< ABC inscrito que
subtiende arco AC
< AOC del centro que
subtiende arco AC
Vértice en la
circunferencia.
Los lados son cuerdas de
ella.
< ABC subtiende arco
AC.
El centro de la
circunferencia está en el
interior del ángulo.
m ( <ABC) =
½ m (<AOC)
(Debe
leerse:
medida del
ángulo
(ABC) es
igual a la
mitad del
ángulo
(AOC)
Ejemplo:
Si ángulo y es igual a 54 grados
Entonces ¿cuánto mide el ángulo x ?
El ángulo “y” es un ángulo del centro; el ángulo “x” es un ángulo inscrito
que subtiende un arco común con el ángulo del centro (AB), por lo tanto,
se debe aplicar el Teorema del ángulo inscrito.
Por Teorema: x = 1/2 y x = 1/2 · 54 = 54/2 = 27º
Caso Especial:
Si un ángulo inscrito subtiende
una semicircunferencia, entonces es recto.
α = 180º β = 90º
CIRCULO O REGION CIRCULAR: Es todo el espacio interior encerrado por una circunferencia..
REPRESENTACIONES MATERIALES DEL CIRCULO: Disco, plato, fondo de vaso, tapa de tarro, CD, etc
AREA DEL CIRCULO: · r2
Elementos del círculo
Segmento circular: es cada una de las partes en que se
divide un círculo cuando se traza una cuerda (A - B). Si la
cuerda es un diámetro, cada parte será un semicírculo.
Sector circular: es la parte del círculo limitada por dos
radios y un arco.
Corona circular: es la porción del plano comprendida
entre dos circunferencias concéntricas.
Ecuación de la circunferencia
La circunferencia es el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan de un
punto fijo llamado centro (recordar que estamos hablando del Plano Cartesiano y es
respecto a éste que trabajamos).
Determinación de una circunferencia
Una circunferencia queda determinada cuando conocemos:
Tres puntos de la misma, equidistantes del centro.
El centro y el radio.
El centro y un punto en ella.
El centro y una recta tangente a la circunferencia.
También podemos decir que la circunferencia es la línea formada por todos los puntos que están a la misma
distancia de otro punto, llamado centro.
Esta propiedad es la clave para hallar la expresión analítica de una circunferencia (la ecuación de la
circunferencia).
Entonces, entrando en el terreno de la Geometría Analítica, (dentro del Plano Cartesiano) diremos que
─para cualquier punto, P (x, y), de una circunferencia cuyo centro es el punto C (a, b) y con radio r─, la
ecuación ordinaria es
(x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2
¿Qué significa esto?
En el contexto de la Geometría Analítica significa que una circunferencia graficada con un centro definido
(coordenadas) en el plano Cartesiano y con radio conocido la podemos “ver” como gráfico y también la
podemos “transformar” o expresar como una ecuación matemática.
Así la vemos Así podemos expresarla
Donde:
(d) Distancia CP = r
y
Fórmula que elevada al cuadrado nos da
(x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2
También se usa como
(x ─ h)2 + (y ─ k)2 = r2
Recordar siempre que en esta fórmula la x y la y serán las coordenadas de cualquier punto (P) sobre la
circunferencia, equidistante del centro un radio (r). Y que la a y la b (o la h y la k, según se use)
corresponderán a las coordenadas del centro de la circunferencia C(a, b).
Nota importante:
Los ejercicios sobre esta materia pueden hacerse en uno u otro sentido.
Es decir, si nos dan la ecuación de una circunferencia, a partir de ella podemos encontrar las coordenadas
de su centro y el valor de su radio para graficarla o dibujarla.
Y si nos dan las coordenadas del centro de una circunferencia y el radio o datos para encontrarlo, podemos
llegar a la ecuación de la misma circunferencia.
Cuadrado del binomio
Aquí haremos una pausa para recordar el cuadrado del binomio ya que es muy importante para lo que sigue:
El binomio al cuadrado de la forma (a ─ b)2 podemos desarrollarlo como (a ─ b) (a ─ b) o convertirlo en un
trinomio de la forma a2 ─ 2ab + b2.
Sigamos nuestro razonamiento sobre la ecuación (x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2 (que en forma matemática representa
una circunferencia).
De la ecuación ordinaria a la ecuación general
Si en esta ecuación ordinaria ─cuyo primer miembro (lado izquierdo) está formado por la suma de dos
cuadrados de binomio─, eliminamos los paréntesis desarrollando dichos binomios, pasamos todos los
términos al primer miembro y la igualamos a cero, tendremos:
x2 ─ 2ax + a2 + y2 ─ 2by + b2 ─ r2 = 0 ecuación que ordenada sería
x2 + y2 ─ 2ax ─ 2by + a2 + b2 ─ r2 = 0
Si para tener una ecuación más sintetizada hacemos las siguientes asignaciones:
─ 2a = D,
─ 2b = E,
a2 + b2 ─ r2 = F
la ecuación quedaría expresada de la forma:
x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0 conocida como Ecuación General de la Circunferencia, la cual debe cumplir las
siguientes condiciones para serlo:
No existe término en xy
Los coeficientes de x2 e y2 son iguales.
Si D = ─ 2a entonces
Si E = ─ 2b entonces
Si F = a2 + b2 ─ r2 entonces
Además, otra condición necesaria para que una ecuación dada represente una circunferencia es que:
a2 + b2 ─ F > 0 (a2 + b2 ─ F debe ser mayor que cero)
Nota:
Para simplificar la ecuación general de la circunferencia (x2 + y2 ─ 2ax ─ 2by + a2 + b2 ─ r2 = 0) algunos
textos o docentes utilizan otra convención y hacen:
─ 2a = A,
─ 2b = B,
a2 + b2 ─ r2 = C para tener finalmente
x2 + y2 + Ax + By + C = 0 que es lo mismo que x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0
A modo de recapitulación
Si conocemos las coordenadas del centro y el radio de una circunferencia, podemos construir su ecuacion
ordinaria, y si operamos los binomios cuadrados que la conforman, obtenemos la forma general de la
ecuación de la circunferencia.
Ecuación reducida de la circunferencia
Volviendo a nuestra ecuación ordinaria (x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2 , debemos consignar que si el centro de la
circunferencia coincide con el origen de coordenadas (0, 0) la ecuación queda reducida a:
(x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2
(x ─ 0)2 + (y ─ 0)2 = r2
x2 + y2 = r2
Obtener la ecuación de la circunferencia conocida su gráfica
Para lograrlo debemos conocer dos elementos importantes:
- el centro de la circunferencia (C), dado por sus coordenadas
- el radio (r) de la misma circunferencia
Definido esto, tendremos dos posibilidades:
A) Circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas; expresado como C (0, 0)
B) Y circunferencia con centro (C) fuera del origen de las coordenadas; expresado, por ejemplo, como C (3,
2).
Circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas; expresado como C (0, 0)
A continuación analizaremos cuatro casos
Caso 1
Veamos la gráfica siguiente:
Los datos que nos entrega son:
Centro: C (0, 0), el centro se ubica en el origen de las coordenadas x e y
radio: r = 3, lo indica el 3 en cada una de las coordenadas.
Recordar esto:
Cuando el centro (C) de la circunferencia sea (0, 0) se usará la ecuación x2 + y2 = r2 para expresar dicha
circunferencia en forma analítica (Geometría analítica). Esta ecuación se conoce como ecuación reducida.
Para la gráfica de nuestro ejemplo, reemplazamos el valor de r en la fórmula x2 + y2 = 32
y nos queda x2 + y2 = 9 como la ecuación reducida de la circunferencia graficada arriba.
Ojo:
Si nos dieran la ecuación x2 + y2 = 9 y nos preguntaran qué representa, razonamos en sentido inverso y
diremos que representa una circunferencia, con centro (C) en el origen de las coordenadas (0, 0) y
cuyo radio es 3 (32 = 9 y la raíz cuadrada de 9 es 3)
Circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas; expresado como C (0, 0)
Caso 2
Veamos la gráfica siguiente:
Los datos que nos entrega son:
Centro: C (0, 0), el centro se ubica en el origen de las coordenadas x e y
radio: r, lo desconocemos, pero tenemos un dato: el punto P (3, 4) ubicado en la circunferencia.
Recordemos de nuevo:
Cuando el centro (C) de la circunferencia sea (0, 0) se usará la ecuación x2 + y2 = r2 para expresar dicha
circunferencia en forma analítica. Esta ecuación se conoce como ecuación reducida.
Para la gráfica de nuestro ejemplo, deberíamos colocar el valor de r en la fórmula x2 + y2 = r2 , pero resulta
que no lo conocemos.
Entonces, a partir del dato P (3, 4) podemos calcular el valor del trazo que une este punto con el centro C (0,
0) (trazo PC con línea punteada en la figura), el cual corresponde al radio de la circunferencia dada.
¿Cómo calculamos el valor de la distancia (d) entre P y C (el radio de la circunferencia)?
Para calcular la distancia (d) entre dos puntos (encontrar su valor) contamos con la siguiente fórmula:
No olvidemos que esta fórmula es para encontrar o conocer la distancia entre dos puntos; por lo mismo,
debemos saber que en ella
(x2 ─ x1)2 representa al punto 1, y ese punto 1 (P1) lo haremos corresponder con el punto que pasa por el
centro C (0, 0)
(y2 ─ y1)2 representa al punto 2, y ese punto 2 (P2) lo haremos corresponder con el punto que pasa por P (3,
4).
Es muy importante conocer o designar este orden ya que
Establecido este orden o equivalencia, podemos sustituir los valores en la fórmula anterior para conocer la
distancia (d) entre los dos puntos que nos interesan, la cual será nuestro radio:
El 5 nos indica la distancia entre los dos puntos, el centro de la circunferencia y uno de sus puntos, lo cual
corresponde al radio.
Recapitulemos:
Para expresar u obtener la ecuación de una circunferencia cuyo centro está en el origen, necesitamos
conocer el centro, ya sabemos que es C (0, 0), y conocer el radio, que ahora sabemos que es 5.
¿Se acuerdan cuál es la fórnula?
Esta: x2 + y2 = r2
Reemplazamos en ella el valor del radio
x2 + y2 = 52 y nos queda
x2 + y2 = 25 como la ecuación reducida de la circunferencia graficada arriba (en la cual nos indicaron un
centro y un punto en ella).
Ojo:
Si nos dieran la ecuación x2 + y2 = 25 y nos preguntaran qué representa, razonamos en sentido inverso y
diremos que representa una circunferencia, con centro (C) en el origen de las coordenadas (0, 0) y
cuyo radio es 5 (52 = 25 y la raíz cuadrada de 25 es 5).
Circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas; expresado como C (0, 0)
Caso 3
Tenemos la gráfica de una circunferencia cuyo centro (C) es el origen de las coordenadas (0, 0), y nos dan
dos puntos opuestos en la circunferencia, , A (-3, -2) y B (3, 2), los cuales unidos corresponden al diámetro
de la misma.
Recordemos de nuevo:
Cuando el centro (C) de la circunferencia sea (0, 0) se usará la ecuación x2 + y2 = r2 para expresar dicha
circunferencia en forma analítica. Esta ecuación se conoce como ecuación reducida.
Para la gráfica de nuestro ejemplo, deberíamos colocar el valor de r en la fórmula x2 + y2 = r2 , pero resulta
que no lo conocemos.
Pero tenemos identificados dos puntos opuestos en la circunferencia, los cuales unidos entre sí (la línea
punteada entre A y B en la gráfica) representan al diámetro de la misma. Entonces, a partir de esos puntos, A
(-3, -2) y B (3, 2), podemos calcular el valor del trazo que los une (trazo AB con línea punteada en la figura), el
cual corresponde al diámetro de la circunferencia dada.
¿Cómo calculamos el valor de la distancia (d) entre A y B (el diámetro de la circunferencia)?
Para calcular la distancia (d) entre dos puntos (encontrar su valor) contamos con la siguiente fórmula:
No olvidemos que esta fórmula es para encontrar o conocer la distancia entre dos puntos; por lo mismo,
debemos saber que en ella
(x2 ─ x1)2 representa al punto 1, y ese punto 1 (P1) lo haremos corresponder con el punto A (-3, -2)
(y2 ─ y1)2 representa al punto 2, y ese punto 2 (P2) lo haremos corresponder con el punto B (3, 2).
Es muy importante conocer o designar este orden ya que
Establecido este orden o equivalencia, podemos sustituir los valores en la fórmula anterior para conocer la
distancia (d) entre los dos puntos que nos interesan, la cual será nuestro diámetro
El 7,2 (valor aproximado) nos indica la distancia entre los dos puntos, A y B, la cual corresponde al diámetro
de la circunferencia.
Para conocer el valor del radio, simplemente dividimos por 2 dicho diámetro, y nos queda r = 3,6 ≈
Conocido el radio lo reemplazaremos en la ecuación de la circunferencia cuyo centro está en el origen de las
coordenadas, que es:
x2 + y2 = r2
la cual nos queda
x2 + y2 = (3,6)2.
x2 + y2 = 13 ≈ como la ecuación reducida de la circunferencia graficada arriba (en la cual nos indicaron un
centro y dos puntos opuestos en ella).
Esta ecuación también podía obtenerse haciendo el cálculo para la distancia entre uno de los puntos dados y
el centro, como se vio en el caso 2
Ojo:
Si nos dieran la ecuación x2 + y2 = 13 y nos preguntaran qué representa, razonamos en sentido inverso y
diremos que representa una circunferencia, con centro (C) en el origen de las coordenadas (0, 0) y
cuyo radio es 3,6 (3,6)2 = 13 y la raíz cuadrada de 13 es 3,6 ≈).
Circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas; expresado como C (0, 0)
Caso 4
Tenemos la gráfica de una circunferencia con centro (C) en el origen de las coordenadas (0, 0), no hay otro
dato sobre coordenadas, pero se me indica que tiene un área de 10 u2 (diez unidades cuadráticas).
Recordemos de nuevo:
Cuando el centro (C) de la circunferencia sea (0, 0) se usará la ecuación x2 + y2 = r2 para expresar dicha
circunferencia en forma analítica. Esta ecuación se conoce como ecuación ordinaria.
Para la gráfica de nuestro ejemplo, deberíamos colocar el valor de r en la fórmula x2 + y2 = r2 , pero resulta
que no lo conocemos.
Pero conocemos el área de la circunferencia (10 u2) y a partir de este dato podemos calcular el radio de la
misma.
¿Cómo calculamos el radio de la circunferencia si conocemos su área?
Repasemos el cálculo del área (A) de una circunferencia:
A = π • r2
A = 10 (dato conocido),
entonces 10 = π • r2 y
, este dato podría ser suficiente para reemplazar el valor de r2 en la fórmula, pero podemos avanzar
un poco y hacemos
Volvamos a nuestra fórmula inicial
x2 + y2 = r2
Como ahora conocemos el radio:
x2 + y2 = (1,78)2
x2 + y2 = 3,18 ≈
También pudimos hacer
Ojo:
Si nos dieran la ecuación x2 + y2 = 3,18 ≈ y nos preguntaran qué representa, razonamos en sentido
inverso y diremos que representa una circunferencia, con centro (C) en el origen de las coordenadas
(0, 0) y cuyo radio es 1,78 (1,78)2 = 3,18 y la raíz cuadrada de 3,18 es 1,78 ≈).
Obtener la Ecuación de la circunferencia con centro (C) fuera del origen de las coordenadas
Tomemos, por ejemplo, la circunferencia cuyo centro está dado por C (2, ─3), con radio r = 5 que se muestra
en la figura
Para obtener la ecuación general de la circunferencia que estamos viendo podemos usar dos métodos:
Método por desarrollo y
Método con las fórmulas conocidas.
Método por desarrollo
Como conocemos el centro, C (2, ─3) y el radio (r = 5) entonces la fórmula ordinaria de la circunferencia será
(x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2 donde a y b son las coordenadas del centro C (a, b), que en nuestro caso
corresponde a C (2, ─3)
entonces, nuestra ecuación ordinaria quedará como
(x ─ 2)2 + (y ─ ─ 3)2 = 52
(x ─ 2)2 + (y + 3)2 = 52
(x ─ 2)2 + (y + 3)2 = 25
Nota: algunos usan otras letras, como (x ─ h)2 + (y ─ k)2
Sigamos.
Tenemos nuestra ecuación ordinaria
(x ─ 2)2 + (y + 3)2 = 25
y desarrollamos sus dos binomios:
(x ─ 2) (x ─ 2) + (y + 3) (y + 3) = 25
(x2 ─ 2x ─ 2x + 4) + (y2 + 3y + 3y + 9) = 25
(x2 ─ 4x + 4) + (y2 + 6y + 9) = 25
Recordemos que la estructura de la ecuación general de la circunferencia es
x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0
Entonces, ordenamos nuestra ecuación anterior y la acomodamos de acuerdo con la fórmula general:
x2 + y2 ─ 4x + 6y + 4 + 9 ─ 25 = 0
x2 + y2 ─ 4x + 6y ─ 12 = 0
que es la ecuación general de la circunferencia con centro en las coordenadas 2, ─3 y cuyo radio es 5.
Método con las fórmulas conocidas
Como conocemos el centro, C (2, ─3) y el radio (r = 5) entonces aplicamos las fórmulas
Si entonces D = ─ 2a
Si entonces E = ─ 2b
Si entonces F = a2 + b2 ─ r2
Recordemos que C (2, ─3) corresponde a C (a, b)
Entonces, hacemos:
F = 4 + 9 ─ 25 = ─12
Si recordamos que la estructura de la ecuación general de la circunferencia es
x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0
y en ella sustituimos los valores ahora conocidos de D, E y F, tendremos
x2 + y2 + ─4x + 6y + ─12 = 0
x2 + y2 + ─4x + 6y ─12 = 0
obtenemos la misma ecuación general de la circunferencia que logramos mediante el método del
desarrollo.
Ahora, hagamos algunos ejercicios
Ejercicio 1
Encuentre la ecuación general de la circunferencia cuyo centro está en las coordenadas y que
tiene un radio igual a
.
Resolución por desarrollo
En este caso podemos usar las fracciones o convertirlas a decimales:.
Como el centro no está en el origen vamos a usar la fórmula ordinaria para llegar a la desarrollada:
Para hacerlo, partamos de aquí:
(x ─ a)2 + (y ─ b)2 = r2
Nota:
Debemos recordar que x e y corresponden a las coordenadas de cualquier punto en la circunferencia, P
(x, y), distante un radio desde el centro.
Volvamos a la fórmula:
Reemplacemos los valores en las coordenadas del centro, C (a, b):
y aquí tenemos la ecuación ordinaria (formada por dos cuadrados de binomio) la cual ahora desarrollaremos
para llegar a la ecuación general:
Recordemos el cuadrado del binomio:
a2 + 2ab + b2
Primer término al cuadrado (x)2, más el doble del producto del primero por el segundo término 2(x)
(0,5), más el cuadrado del segundo término (0,5)2
Pongamos los valores de nuestros binomios al cuadrado: