Si una parte de un círculo se amplía infinitamente, ¿terminará siendo un segmento de línea recta?

Dependiendo de qué tan profundo quieras llegar, ¡la respuesta puede ser sí y no! Aquí elaboraré no solo en círculos, sino en cualquier curva / superficie / espacio suave (los matemáticos llaman a la idea general “múltiple”).

En el primer nivel, la respuesta es sí. Si amplía lo suficiente en cualquier superficie lisa, en una región suficientemente pequeña, se ve plana. Plano puede significar que se ve como una línea (en el caso de hacer zoom en una curva):

Localmente, podemos aproximar cualquier curva por la línea que es tangente a ella.

Lo mismo es cierto para una superficie 2-d. Localmente, una superficie se parece a un plano, y podemos aproximar una superficie por el plano que es tangente a ella.

Esto se generaliza a múltiples de cualquier dimensión. Un colector es siempre “localmente plano”. Si observa una región suficientemente pequeña, puede aproximar esa región por espacio euclidiano n-dimensional.

Es por eso que podemos usar mapas planos para observar áreas de la Tierra. En una región suficientemente pequeña, la Tierra se ve plana.

En el segundo nivel, la respuesta es no. La curvatura es una cantidad real y medible, y no desaparece al “acercarse”. Es cierto que los efectos de la curvatura son cada vez menos importantes si consideramos una región más pequeña. La curvatura de la Tierra no es importante si solo planea conducir 50 millas. Sin embargo, cuando comenzamos a hablar sobre volar 1000 millas, la curvatura se vuelve importante.

En Geometría diferencial, la curvatura se cuantifica mediante el tensor de curvatura de Riemann, que es un objeto matemático natural que le dice qué tan curva es la variedad (esto puede variar de un punto a otro en la variedad). “Acercar” a un punto no hará que el tensor de curvatura de Riemann desaparezca, siempre está ahí. No puede “suavizar” la curvatura al acercarla; simplemente ignore sus efectos limitándose a una región pequeña.

Volviendo de los múltiples generales al círculo, podemos pasar a otro nivel. En lugar de pensar en un círculo como una curva que vive en el plano, podemos pensar en el círculo como su propia variedad intrínseca unidimensional. ¡Ahora, resulta que una variedad unidimensional nunca puede tener una curvatura intrínseca! Simplemente no hay “suficiente espacio” cuando solo hay una dimensión para que exista la curvatura. Para ser más técnico: en las dimensiones 4 y superiores, la curvatura puede ser completamente general; en la dimensión 3, debe haber una curvatura de “Weyl” que se desvanece, por lo que la curvatura se caracteriza completamente por el tensor de Ricci, que es solo parte del tensor de curvatura de Riemann; en la dimensión 2, solo tenemos la traza del tensor Ricci (esta traza también se llama escalar Ricci), por lo que solo se necesita un número para describir la curvatura; cuando se despliega a 1 dimensión, no hay curvatura posible.

Bueno, si sigues la definición, entonces el círculo es una disposición de puntos infinitos desde una distancia fija (centro) que le da su forma circular.
Por lo tanto, esta disposición de puntos cuando se amplía a un cierto aumento puede parecer que está dispuesta en línea recta.
Pero solo por una pequeña fracción.
(nivel microscópico)

Sí, si lo magnifica infinitamente , terminará como una línea recta.

El ejemplo de Satyantan Saha de la Tierra es más o menos eso. Lo has magnificado casi infinitamente . Entonces, parece plano. Sigues yendo hacia arriba y hacia arriba desde la superficie, la curvatura vuelve a aparecer en tus ojos.

Gracias por A2A

Sí … matemáticamente como radio -> infinito, el arco se convierte en una línea.

De hecho, para radios finitos, una porción muy muy pequeña del arco descrito por d-theta a menudo también se aproxima como línea.

Intuitivamente, sí pero, técnicamente, no.

Su intuición matemática es correcta, pero no ha tenido en cuenta la pedantería de la terminología matemática.

Si magnifica una sección (o arco ) de un círculo, puede aproximarse a un segmento de línea recta (es decir, una sección finita de una línea recta), pero no se aproximará a una línea recta , simplemente porque es de longitud finita, mientras que todas las líneas rectas se definen como de longitud infinita

No, la parte pequeña, incluso si se amplía infinitamente, seguirá siendo solo un arco de círculo. Pero sí, para fines de cálculo práctico, puede asumir que es una línea recta. La parte infinitamente pequeña le parecerá una línea recta, en su perspectiva.

No terminará siendo una línea recta, pero desde la perspectiva del espectador, parecería ser una línea recta.

Esa es la misma razón, la tierra parece ser plana desde donde la vemos, es decir, en nuestro día a día. A menos que podamos ver un horizonte considerablemente grande (por ejemplo, desde la cima de una montaña o al lado de un mar o de un avión), no podremos captar la idea de que la Tierra es redonda, porque solo podemos tener una vista muy ampliada de la porción cerca / a nuestro alrededor.

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