Articulo de referencia

Notación del triángulo de Conway

En geometría , la notación triangular de Conway simplifica y clarifica la expresión algebraica de diversas relaciones trigonométricas en un triángulo . Usando el símbolo S para ...

En geometría , la notación triangular de Conway simplifica y clarifica la expresión algebraica de diversas relaciones trigonométricas en un triángulo . Usando el símbolo S para el doble del área del triángulo , el símbolo S φ se define como S por la cotangente de cualquier ángulo arbitrario φ .

La notación recibe su nombre del matemático inglés John Horton Conway , [ 1 ] quien promovió su uso, pero esencialmente la misma notación (usando p en lugar de S ) se puede encontrar en un artículo de 1894 del matemático español Juan Jacobo Durán Loriga . [ 2 ]

Definición

Dado un triángulo de referencia cuyos lados son a , b y c y cuyos ángulos internos correspondientes son A , B y C , la notación del triángulo de Conway se representa simplemente de la siguiente manera: S=bdopecadoA=adopecadoB=abpecadodo,{\displaystyle S=bc\sin A=ac\sin B=ab\sin C,} donde [ 3 ] [ 4 ]S=2×área del triángulo de referencia,Sφ=Scunaφ.{\displaystyle {\begin{aligned}S&=2\times {\text{área del triángulo de referencia}},\\[2pt]S_{\varphi }&=S\cot \varphi .\end{aligned}}}

Fórmulas básicas

En particular: SA=ScunaA=bdoporqueA=b2+do2a22,SB=ScunaB=adoporqueB=a2+do2b22,Sdo=Scunado=abporquedo=a2+b2do22,Sω=Scunaω=a2+b2+do22,{\displaystyle {\begin{aligned}S_{A}&=S\cot A=bc\cos A={\frac {b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2}},\\[2pt]S_{B}&=S\cot B=ac\cos B={\frac {a^{2}+c^{2}-b^{2}}{2}},\\[2pt]S_{C}&=S\cot C=ab\cos C={\frac {a^{2}+b^{2}-c^{2}}{2}},\\[2pt]S_{\omega }&=S\cot \omega ={\frac {a^{2}+b^{2}+c^{2}}{2}},\end{aligned}}}

donde ω es el ángulo de Brocard . Se utiliza la ley de los cosenos :a2=b2+do22bdoporqueA.{\displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}-2bc\cos A.}

Identidades de ángulos de tercio, doble y medio: Sπ3=Scunaπ3=S33S2φ=Sφ2S22SφSφ2=Sφ+Sφ2+S2{\displaystyle {\begin{aligned}S_{\frac {\pi }{3}}&=S\cot {\frac {\pi }{3}}=S{\frac {\sqrt {3}}{3}}\\[2pt]S_{2\varphi }&={\frac {S_{\varphi }^{2}-S^{2}}{2S_{\varphi }}}\\[2pt]S_{\frac {\varphi }{2}}&=S_{\varphi }+{\sqrt {S_{\varphi }^{2}+S^{2}}}\end{aligned}}}

para valores de φ donde 0 < φ < π ,

Sϑ+φ=SϑSφS2Sϑ+Sφ,Sϑφ=SϑSφ+S2SφSϑ.{\displaystyle {\begin{aligned}S_{\vartheta +\varphi }&={\frac {S_{\vartheta }S_{\varphi }-S^{2}}{S_{\vartheta }+S_{\varphi }}},\\[2pt]S_{\vartheta -\varphi }&={\frac {S_{\vartheta }S_{\varphi }+S^{2}}{S_{\varphi}-S_{\vartheta }}}.\end{aligned}}}

Además, la convención utiliza una notación abreviada paraSϑSφ=Sϑφ,{\displaystyle S_{\vartheta }S_{\varphi }=S_{\vartheta \varphi },}ySϑSφSψ=Sϑφψ.{\displaystyle S_{\vartheta }S_{\varphi }S_{\psi }=S_{\vartheta \varphi \psi }.}

Relaciones trigonométricas

pecadoA=Sbdo=SSA2+S2porqueA=SAbdo=SASA2+S2broncearseA=SSAa2=SB+Sdob2=SA+Sdodo2=SA+SB{\displaystyle {\begin{aligned}\sin A&={\frac {S}{bc}}={\frac {S}{\sqrt {S_{A}^{2}+S^{2}}}}\\[2pt]\cos A&={\frac {S_{A}}{bc}}={\frac {S_{A}}{\sqrt {S_{A}^{2}+S^{2}}}}\\[2pt]\tan A&={\frac {S}{S_{A}}}\\[6pt]a^{2}&=S_{B}+S_{C}\\[2pt]b^{2}&=S_{A}+S_{C}\\[2pt]c^{2}&=S_{A}+S_{B}\end{aligned}}}

Identidades importantes

cíclicoSA=SA+SB+Sdo=SωS2=b2do2SA2=a2do2SB2=a2b2Sdo2SBdo=SBSdo=S2a2SASAdo=SASdo=S2b2SBSAB=SASB=S2do2SdoSABdo=SASBSdo=S2(Sω4R2)Sω=s2r24rR{\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{\text{cyclic}}S_{A}&=S_{A}+S_{B}+S_{C}=S_{\omega }\\[2pt]S^{2}&=b^{2}c^{2}-S_{A}^{2}=a^{2}c^{2}-S_{B}^{2}=a^{2}b^{2}-S_{C}^{2}\\[6pt]S_{BC}&=S_{B}S_{C}=S^{2}-a^{2}S_{A}\\[2pt]S_{AC}&=S_{A}S_{C}=S^{2}-b^{2}S_{B}\\[2pt]S_{AB}&=S_{A}S_{B}=S^{2}-c^{2}S_{C}\\[8pt]S_{ABC}&=S_{A}S_{B}S_{C}=S^{2}(S_{\omega }-4R^{2})\\[8pt]S_{\omega }&=s^{2}-r^{2}-4rR\end{aligned}}}

dónde

R es el radio de la circunferencia circunscrita.
r es el incentro
abdo=2SR{\displaystyle abc=2SR}
s=a+b+do2{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}}
Sr=a+b+do{\displaystyle {\frac {S}{r}}=a+b+c}

Conversiones trigonométricas

pecadoApecadoBpecadodo=S4R2porqueAporqueBporquedo=Sω4R24R2{\displaystyle {\begin{aligned}\sin A\sin B\sin C&={\frac {S}{4R^{2}}}\\[2pt]\cos A\cos B\cos C&={\frac {S_{\omega }-4R^{2}}{4R^{2}}}\end{aligned}}}

cíclicopecadoA=S2Rr=sRcíclicoporqueA=r+RRcíclicobroncearseA=SSω4R2=broncearseAbroncearseBbroncearsedo{\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{\text{cyclic}}\sin A&={\frac {S}{2Rr}}={\frac {s}{R}}\\[2pt]\sum _{\text{cyclic}}\cos A&={\frac {r+R}{R}}\\[2pt]\sum _{\text{cyclic}}\tan A&={\frac {S}{S_{\omega }-4R^{2}}}=\tan A\tan B\tan C\end{aligned}}}

Fórmulas útiles

cíclicoa2SA=a2SA+b2SB+do2Sdo=2S2cíclicoa4=2(Sω2S2)cíclicoSA2=Sω22S2cíclicoSBdo=cíclicoSBSdo=S2cíclicob2do2=Sω2+S2{\displaystyle {\begin{array}{ll}\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}\!\!&=&a^{2}S_{A}+b^{2}S_{B}+c^{2}S_{C}=2S^{2}\\[2pt]\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}a^{4}&=&2(S_{\omega }^{2}-S^{2})\\[2pt]\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}S_{A}^{2}&=&S_{\omega }^{2}-2S^{2}\\[2pt]\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}S_{BC}&=&\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}S_{B}S_{C}=S^{2}\\[2pt]\displaystyle \sum _{\text{cyclic}}b^{2}c^{2}&=&S_{\omega }^{2}+S^{2}\end{array}}}

Aplicaciones

Sea D la distancia entre dos puntos P y Q cuyas coordenadas trilineales son PAG=paga:pagb:pagdo,Q=qa:qb:qdo.{\displaystyle {\begin{aligned}P=p_{a}:p_{b}:p_{c},\\Q=q_{a}:q_{b}:q_{c}.\end{aligned}}} Dejar Kpag=apaga+bpagb+dopagdo,Kq=aqa+bqb+doqdo.{\displaystyle {\begin{aligned}K_{p}&=ap_{a}+bp_{b}+cp_{c},\\K_{q}&=aq_{a}+bq_{b}+cq_{c}.\end{aligned}}} Entonces D viene dado por la fórmula: [ 5 ]D2=cíclicoa2SA(pagaKpagqaKq)2{\displaystyle D^{2}=\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}\left({\frac {p_{a}}{K_{p}}}-{\frac {q_{a}}{K_{q}}}\right)^{2}}

Distancia entre el circuncentro y el ortocentro

Utilizando esta fórmula es posible determinar | OH | , la distancia entre el circuncentro y el ortocentro, de la siguiente manera:

Para el circuncentropaga=aSA,{\displaystyle p_{a}=aS_{A},}

y para el ortocentroqa=SBSdoa,{\displaystyle q_{a}={\frac {S_{B}S_{C}}{a}},}

Kpag=cíclicoa2SA=2S2,Kq=cíclicoSBSdo=S2.{\displaystyle {\begin{aligned}K_{p}&=\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}=2S^{2},\\[2pt]K_{q}&=\sum _{\text{cyclic}}S_{B}S_{C}=S^{2}.\end{aligned}}}

Por eso:

D2=cíclicoa2SA(aSA2S2SBSdoaS2)2=14S4cíclicoa4SA3SASBSdoS4cíclicoa2SA+SASBSdoS4cíclicoSBSdo=14S4cíclicoa2SA2(S2SBSdo)2(Sω4R2)+(Sω4R2)=14S2cíclicoa2SA2SASBSdoS4cíclicoa2SA(Sω4R2)=14S2cíclicoa2(b2do2S2)12(Sω4R2)(Sω4R2)=3a2b2do24S214cíclicoa232(Sω4R2)=3R212Sω32Sω+6R2=9R22Sω.{\displaystyle {\begin{aligned}D^{2}&=\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}\left({\frac {aS_{A}}{2S^{2}}}-{\frac {S_{B}S_{C}}{aS^{2}}}\right)^{2}\\[2pt]&={\frac {1}{4S^{4}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{4}S_{A}^{3}-{\frac {S_{A}S_{B}S_{C}}{S^{4}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}+{\frac {S_{A}S_{B}S_{C}}{S^{4}}}\sum _{\text{cyclic}}S_{B}S_{C}\\[2pt]&={\frac {1}{4S^{4}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}^{2}(S^{2}-S_{B}S_{C})-2(S_{\omega }-4R^{2})+(S_{\omega }-4R^{2})\\[2pt]&={\frac {1}{4S^{2}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}^{2}-{\frac {S_{A}S_{B}S_{C}}{S^{4}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}S_{A}-(S_{\omega }-4R^{2})\\[2pt]&={\frac {1}{4S^{2}}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}(b^{2}c^{2}-S^{2})-{\frac {1}{2}}(S_{\omega }-4R^{2})-(S_{\omega }-4R^{2})\\[2pt]&={\frac {3a^{2}b^{2}c^{2}}{4S^{2}}}-{\frac {1}{4}}\sum _{\text{cyclic}}a^{2}-{\frac {3}{2}}(S_{\omega }-4R^{2})\\[2pt]&=3R^{2}-{\frac {1}{2}}S_{\omega }-{\frac {3}{2}}S_{\omega }+6R^{2}\\[10pt]&=9R^{2}-2S_{\omega }.\end{aligned}}}

Por lo tanto, [ 6 ]

|OH|=9R22Sω.{\displaystyle |OH|={\sqrt {9R^{2}-2S_{\omega }}}.}

Véase también

Referencias

  1. Chen, Evan (2016). Geometría euclidiana en las Olimpiadas Matemáticas . Asociación Matemática de América . pág.  132. ISBN 978-0883858394.
  2. Loriga, Juan Jacobo Durán, "Nota sobre el triángulo", en El Progreso Matemático, tomo IV (1894), páginas 313-316. , Periódico de Matemáticas Puras y Aplicadas.
  3. Yiu, Paul (2002), "Notación." §3.4.1 en Introducción a la geometría del triángulo. pp. 33-34, Versión 2.0402, abril de 2002 (PDF) , Departamento de Matemáticas , Universidad Atlántica de Florida, pp. 33–34 .
  4. Kimberling, Clark, Enciclopedia de Centros Triangulares - ETC, Parte 1 "Introducido el 1 de noviembre de 2011: Combinaciones" Nota 6 , Universidad de Evansville.
  5. Yiu, Paul (2002), "La fórmula de la distancia" §7.1 en Introducción a la geometría del triángulo. pág. 87, Versión 2.0402, abril de 2002 (PDF) , Departamento de Matemáticas, Universidad Atlántica de Florida, pág. 87 .
  6. Weisstein, Eric W. "Ortocentro §(14)" . MathWorld .