Se han marcado los puntos medios de los tres lados de un triángulo. El triángulo original se borra, dejando solo los tres puntos marcados. ¿Cómo se puede recrear el triángulo original usando solo una brújula y una regla?

Hay una cosa llamada el teorema del punto medio del triángulo que contiene todo lo que necesitas saber.

Considere el triángulo ABC, con la base AB. Sean a, b, c los puntos medios opuestos a A, B y C.

Suponga que A tiene la coordenada x Ax, B tiene la coordenada x Bx, y así sucesivamente.

bx tiene que estar a medio camino entre Ax y Cx, porque b está a medio camino a lo largo de un segmento de línea que conecta A y C. De manera similar, ax está a medio camino entre Cx y Bx

Por lo tanto, el segmento de línea ba es la mitad de largo que AB

De manera similar, los otros segmentos de línea entre puntos medios son la mitad de largos que los lados del triángulo original

Si configura su brújula en ba y dibuja un círculo centrado en c, el círculo pasará por A y B. Haga esto tres veces y ha localizado ABC por las intersecciones de los tres círculos.

También puede hacerlo probando que los segmentos de línea entre los puntos medios son paralelos a los lados del triángulo original y usando una regla y una brújula para construir los lados originales.

Aquí hay un enfoque que permite resolver un problema menos restrictivo y más genérico: se basa en la Proposición 2 del Libro 6 de Euclides: cualquiera , el énfasis en cualquier línea recta paralela al lado de un triángulo que corta los dos restantes lo hace en la misma proporción

Por lo tanto, si todos los lados de un triángulo dado se cortan en la misma proporción:

en [math] n \ in \ mathbb {N} [/ math] segmentos de igual longitud y se nos dan los tres puntos [math] X [/ math], [math] Y [/ math] y [math] Z [ / math] en los lados de este triángulo y se les dice la proporción de cada punto, es decir, para [math] X [/ math] se nos dice [math] p_x [/ math] y [math] q_x [/ math] de modo que [matemática] p_x + q_x = n [/ matemática], para [matemática] Y [/ matemática] se nos dice [matemática] p_y [/ matemática] y [matemática] q_y [/ matemática] tal que [matemática] p_y + q_y = n [/ matemática] y para [matemática] Z [/ matemática] se nos dice [matemática] p_z [/ matemática] y [matemática] q_z [/ matemática] tal que [matemática] p_z + q_z = n [/ matemática]

entonces este problema se puede resolver solo con las herramientas euclidianas (tomamos [math] p_i, q_i \ in \ mathbb {N} [/ math]).

La capacidad de llevar la distancia con una brújula nos la da la Proposición 2 del Libro 1.

Ejemplo. Digamos, todos los lados de una [matemática] \ triángulo ABC [/ matemática] arbitraria se cortan en segmentos de línea [matemática] n = 8 [/ matemática] de igual longitud y dijimos que, en nuestra notación, [matemática] X ( p_x = 2, q_x = 6), Y (p_y = 3, q_y = 5), Z (p_z = 1, q_z = 7) [/ matemática]:

Claramente, ninguno de los lados de [math] \ triangle XYZ [/ math] es paralelo a ninguno de los lados de [math] \ triangle ABC [/ math]. ¿Cómo recuperamos los vértices [matemática] A, B [/ matemática] y [matemática] C [/ matemática] entonces?

Ahí es donde B6P2 es útil. Considere lo que sucede cuando construimos una línea recta [matemática] ZZ ‘[/ matemática] paralela al lado [matemática] CB [/ matemática]:

Por B6P2 cortará el lado [matemática] AC [/ matemática] en la misma proporción que [matemática] Z [/ matemática] corta [matemática] AB [/ matemática]. Pero el lado [matemáticas] XY [/ matemáticas] de [matemáticas] \ triángulo XYZ [/ matemáticas] es compartido por [matemáticas] \ triángulo XCY [/ matemáticas] que comparte sus dos lados, [matemáticas] XC [/ matemáticas] y [matemáticas] CY [/ matemáticas], con el padre [matemáticas] \ triángulo ABC [/ matemáticas]. Por lo tanto, por el mismo B6P2 , el lado [matemática] XY [/ matemática] se cortará en la misma proporción (como [matemática] Z [/ matemática] corta [matemática] AB [/ matemática]).

Lo único que tenemos que hacer ahora es calcular exactamente la proporción anterior. Bueno, eso no es demasiado difícil de hacer: el lado [matemático] XY [/ matemático] se cortará en [matemático] q_x = 6 [/ matemático] segmentos de línea de igual longitud y elegimos un punto [matemático] Z ‘[/ math] en él que está [math] p_z = 1 [/ math] unidades lejos de [math] Y [/ math]. Corte [math] YZ [/ math] en [math] q_y = 5 [/ math] piezas iguales, elija [math] X ‘[/ math] de modo que esté [math] p_x = 2 [/ math] unidades lejos de [matemáticas] Z [/ matemáticas]. Corte [math] ZX [/ math] en [math] q_z = 7 [/ math] piezas iguales, elija [math] Y ‘[/ math] de manera que esté [math] p_y = 3 [/ math] unidades lejos de [matemáticas] X [/ matemáticas]:

Por último, dado que dos puntos distintos en un plano definen una línea recta única, para recuperar los vértices buscados, construya las líneas rectas paralelas (el símbolo [math] || [/ math] arriba) a [math] ZZ ‘[/ math ] a [matemáticas] Y [/ matemáticas], a [matemáticas] XX ‘[/ matemáticas] a [matemáticas] Z [/ matemáticas], a [matemáticas] YY’ [/ matemáticas] a [matemáticas] X [/ matemáticas] .

En el enunciado del problema dado, resulta que todos los números son muy convenientes:

[matemáticas] n = 2, \; p_x = q_x = p_y = q_y = p_z = q_z = 1 \ tag * {} [/ math]

La solución de Lawrence Stewart funciona bien si puede configurar su brújula y levantarla del papel a otra ubicación. Aquí hay una solución alternativa si su brújula no puede ‘recordar’ una longitud determinada y se derrumba tan pronto como se levanta de la página, como a menudo se supone para la construcción ideal de ‘brújula / borde recto’:

– Rotule los tres puntos medios A, B y C.

– Dibuje las líneas AB, BC y AC.

– Dibuje el círculo centrado en A con radio AB, de modo que cruce la línea BC dos veces (si pasa más allá de C, extienda la línea BC hacia C para que se cruce). Marque la segunda intersección como D.

– Dibuje los círculos de radio BD centrados en B y D, y marque las intersecciones como E y F.

– Cree la línea EF y extiéndala si es necesario. Pasará directamente por el punto A.

– Cree el círculo de radio AE centrado en A, marcando la intersección con la línea AE como G.

– Cree los círculos de radio EG centrados en E y G, y marque las intersecciones como H e I.

– La línea HI coincide con el lado del triángulo que pasa por el punto A.

– Repita los pasos anteriores dos veces más para encontrar los lados B y C.

– El triángulo original será el formado por la intersección de las tres líneas finales en el proceso anterior.

En resumen, encontré la línea perpendicular a BC que pasa a través de A, luego encontré la línea perpendicular a esa nueva línea, nuevamente pasando a través de A, que da una línea que es paralela a BC que pasa a través de A, coincidiendo así con el borde de los triángulos.

Aquí hay una representación visual del proceso completado, con la línea externa resaltada en verde.
http://i.imgur.com/QvXkTAV.png

Editar: Encontré un método más corto que solo requiere encontrar una bisectriz perpendicular una vez. Tenga en cuenta que la línea que pasa por el punto A y el punto medio del segmento de línea BC da una línea que pasa a través de un vértice del triángulo. Este método alternativo es así:

– Rotule los tres puntos medios A, B y C.

– Dibuja la línea BC.

– Dibuje los dos círculos de radio BC centrados en B y C, etiquete los dos puntos de intersección D y E.

– Dibuje una línea a través de los puntos D y E. Marque el punto de intersección entre la línea DE y la línea BC como F.

– Dibuje el círculo de radio AF centrado en F. Marque el otro punto de intersección entre este círculo y la línea DE como G, que es uno de los tres vértices del triángulo requerido.

– Dibuje la línea GB, que se extiende más allá de B. Este es un lado del triángulo.

– Dibuje la línea GC, que se extiende más allá de C. Este es otro lado del triángulo.

– Dibuje un círculo de radio BG centrado en B. Marque la intersección sin etiquetar de este círculo y la línea GB como H. Este es otro vértice del triángulo.

– Finalmente, dibuje la línea HA que se extiende hasta la línea GC. Este es el lado final del triángulo, y también da el vértice final.

En realidad, me gusta más este método, en parte porque es más simple, pero también porque te da un vértice del triángulo directamente, lo que hace que sea realmente fácil encontrar el triángulo completo desde allí en lugar de repetir todo el proceso.

Aquí está el proceso hasta encontrar el primer vértice:
http://i.imgur.com/QCz46Sn.png

Aquí está la solución completa, incluido el triángulo resaltado:
http://i.imgur.com/QOXA9z3.png

Une los tres puntos restantes para formar un triángulo. A través de cada vértice dibuje una línea paralela a la línea opuesta y el doble de su longitud.

Este es el triángulo requerido.

Motivo: Una línea a través del punto medio de un lado de un triángulo, y paralela al segundo lado, bisecará el tercer lado y tendrá la mitad de la longitud del lado paralelo.