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In matematica, in particolare geometria euclidea, un fascio di circonferenze è un insieme di infinite circonferenze i cui centri giacciono su una retta (detta retta dei centri o asse centrale), o anche un insieme di infinite circonferenze aventi il medesimo centro. Il fascio è ottenuto utilizzando due circonferenze (dette circonferenze base o generatrici) le cui equazioni, opportunamente parametrizzate, generano l'equazione dell'intero fascio, cioè dalle due generatrici è possibile ottenere le equazioni di tutte le altre circonferenze del fascio.
L'equazione del fascio di circonferenze si ottiene tramite la combinazione lineare di due equazioni canoniche della circonferenza:
Ciascuna circonferenza del fascio è identificata dalla coppia di parametri reali ; le equazioni di partenza si ottengono annullando uno dei due parametri e le circonferenze associate ad esse sono dette circonferenze base (o generatrici) del fascio. La scelta delle generatrici per un dato fascio è comunque arbitraria, e qualunque coppia di circonferenze (distinte) del fascio può essere utilizzata come generatrice. Non è invece possibile annullare entrambi i parametri perché in questo caso l'equazione si trasformerebbe nell'identità .
Se a uno dei parametri viene imposta la condizione di non annullarsi, è possibile ricondurre il fascio ad una equazione con un unico parametro; ad esempio, imponendo e si ha:
Il fascio così ottenuto non è però completo perché manca della circonferenza ottenuta con . Le proprietà descritte possono essere riassunte dicendo che è un parametro proiettivo. Utilizzando il linguaggio della geometria proiettiva, quando si scrive l'equazione del fascio dipendente da un solo parametro , l'altra generatrice corrisponde al valore , cioè corrisponde al punto all'infinito.
Poiché i coefficienti quadratici della circonferenza valgono 1, è possibile ridurre l'equazione del fascio a una combinazione lineare tra le equazioni di una circonferenza e di una retta (detta anche circonferenza degenere):
Questa riduzione è sempre possibile se non vale la relazione ; in quest'ultimo caso il fascio è composto di circonferenze concentriche e può essere riscritto come dipendente da un unico parametro:
La riduzione non è possibile anche nel caso in cui (o equivalentemente ); in questo caso il fascio originario degenera in una retta.
Nel caso di fascio di circonferenze non concentriche, i centri di tutte le circonferenze del fascio giacciono sulla medesima retta chiamata asse centrale.
I punti comuni a tutte le circonferenze del fascio (anche quelle degeneri) sono detti punti base del fascio. Un fascio di circonferenze può avere due, uno o nessun punto base. Le coordinate dei punti base si trovano mettendo a sistema le equazioni delle due circonferenze generatrici (o di due qualunque circonferenze distinte del fascio).
L'asse radicale è la retta la cui equazione si ottiene dalla sottrazione membro a membro delle due equazioni delle circonferenze generatrici (o di qualunque due circonferenze distinte del fascio). L'asse radicale risulta sempre perpendicolare all'asse centrale e passa per i punti base, nel caso essi siano presenti. Nel caso di circonferenze concentriche l'asse radicale non esiste. Esprimendo il fascio come combinazione lineare di una retta e una circonferenza, la retta generatrice risulta essere l'asse radicale del fascio, mentre l'asse centrale è la retta perpendicolare alla retta generatrice e passante per il centro della circonferenza generatrice.[1][2]
I fasci di circonferenze possono essere classificati usando i centri e i punti base. Ci sono quattro tipologie di fascio:
Per classificare un fascio è sufficiente quindi studiare la posizione reciproca di due qualunque circonferenze distinte del fascio, ad esempio la posizione reciproca delle generatrici.
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