Transformaciones en el plano

Si nos desplazamos desde donde estamos a otra posición decimos que hay una transformación en el espacio. Sucede lo mismo si trasladamos un punto o una figura en el plano. Estos movimientos en el plano conservan la forma y tamaño de la figura, algunos ejemplos son la traslación, la rotación y la simetría.

Algunos elementos de la naturaleza describen movimientos de rotación y traslación, como por ejemplo nuestro planeta Tierra.

Traslación

Es un movimiento directo sin cambios de orientación. La traslación depende de un sentido, una dirección y una magnitud, tres conceptos que se reducen un elemento geométrico: el vector. Así que podemos hallar la imagen de cualquier punto a través de un vector dado.

– Ejemplo:

Para determinar la imagen del punto A a través de una traslación por el vector \vec{u} seguimos estos pasos:

  1. Trazamos un vector equipolente a \vec{u} cuyo origen coincida con el punto A.
  2. Marcamos el punto A’, el cual es la imagen del punto A.

¿Sabías qué?
Un vector es equipolente a otro cuando tienen el mismo módulo, la misma dirección y el mismo sentido.

Traslación en el plano cartesiano

Como la traslación depende de un vector determinado, cuando desplazamos una figura en el plano cartesiano dado un vector \vec{u} debemos sumar las coordenadas de sus vértices con las del vector para saber las coordenadas de los vértices de la figura trasladada.

– Ejemplo:

Para trasladar un triángulo ABC según el vector \vec{u} = (3, 2), debemos ubicar la imagen de cada punto en el plano de la manera antes explicada.

Las coordenadas de los vértices de la figura trasladada son iguales a la suma de las coordenadas iniciales con las coordenadas del vector:

A(1, 1) + \vec{u}(3, 2)=A'(1+3,1+2)=\boldsymbol{A'(4,3)}

B(3, 1) + \vec{u}(3, 2)=B'(3+3,1+2)=\boldsymbol{B'(6,3)}

C(1, 6) + \vec{u}(3, 2)=C'(1+3,6+2)=\boldsymbol{C'(4,8)}

¿Sabías qué?
Toda figura trasladada debe conservar la orientación y ser idéntica a la figura inicial.

Rotación

Es un movimiento que consiste en girar todos los puntos de una figura en un ángulo determinado en torno a un centro de rotación.

Ángulos dirigidos

En una rotación siempre se genera un ángulo con una lado inicial y un lado final. El ángulo dirigido será positivo si el giro es en sentido contrario al de las manecillas del reloj, en cambio, el ángulo será negativo si el giro es en sentido de las manecillas del reloj.

Ángulo positivo

Ángulo negativo

El centro de rotación es un punto en torno al cual se rota o gira la figura; en los cubos de Rubik este centro de rotación permite girar las caras del cubo en cualquier dirección.

Rotación en el plano

Para hallar la imagen de un punto R en el plano bajo un ángulo de rotación es necesario conocer el ángulo dirigido y el centro de rotación. Así que, si hay un punto fijo O en el plano y un ángulo dirigido α, la rotación de centro O y ángulo α de un punto R es una transformación en el plano que asigna a R un punto único R’.

– Ejemplo 1:

Cuando se rota un polígono en el plano cartesiano, debemos determinar la imagen de cada vértice y hallar las coordenadas de los vértices de la imagen del polígono original.

– Ejemplo 2:

El triángulo A’B’C es la imagen del triángulo ABC según el centro de rotación C y un ángulo dirigido de −90°.

Las coordenadas de los vértices del triángulo ABC son A(3, 0), B(0, 2) y C(0, 0).

Las coordenadas de los vértices del triángulos A’B’C son A’(0, −3, ), B’(2, 0) y C(0, 0).

Simetría axial

Las mariposas son un ejemplo de ser vivo con simetría en su cuerpo, pues cuando las alas de una mariposa se juntan, estas coinciden.

La simetría axial es una transformación en el plano en el que cada punto C se asocia a otro punto C’ llamado “imagen”. Los puntos C y C’ están a igual distancia de un recta que se llama “eje de simetría” y el segmento \overline{CC'} es perpendicular a dicho eje.

– Ejemplo:

El triángulo A’B’C’ es la imagen simétrica del triángulo ABC respecto al eje de simetría m.

Simetría axial en el plano cartesiano

Dos puntos P y P’ son simétricos respecto al eje y (eje de las ordenadas) si sus abscisas son opuestas y sus ordenadas son iguales. Así que:

P(x, y) → P'(−x, y)

Por lo tanto:

x = −x’

y = y’

Por otro lado, dos puntos P y P’ son simétricos al eje x (eje de las abscisas) si sus abscisas son iguales y sus ordenadas son opuestas. Así que:

P(x, y) → P'(x, −y)

Por lo tanto:

x = x’

y = −y’

– Ejemplo 1:

El triángulo A’B’C’ con A’(2, 1), B’(4, 1) y C’(3, 3) es la imagen simétrica del triángulo ABC con A(−2, 1), B(−4, 1) y C(−3, 3).

 

– Ejemplo 2:

El triángulo A’B’C’ con A’(1, −1), B’(3, −1) y C’(2, −3) es la imagen simétrica del triángulo ABC con A(1, 1), B(3, 1) y C(2, 3).

 

 

Polígonos cóncavos y convexos

Los polígonos son figuras geométricas planas, cerradas y bidimensionales. Pueden clasificarse por medio de varios criterios, como el número de lados, los ángulos o sus medidas. De acuerdo a la medida de los ángulos internos en cada vértice, los polígonos pueden ser cóncavos o convexos.

Polígono cóncavo Polígono convexo
¿Qué es? Polígono en el que al menos unos de sus ángulos internos es mayor a 180º. Polígono en el que cada uno de sus ángulos internos tiene menos de 180º.
Clasificación Siempre son irregulares. Pueden ser regulares o irregulares.
Diagonal Al menos una diagonal que contiene los puntos del exterior existe por cada ángulo entrante. Todas las diagonales son internas al polígono en todos sus puntos.
Vértice Hay al menos dos vértices que pueden unirse por un segmento que corte uno o más lados. Todos los vértices están ubicados en su circunferencia circunscrita (polígonos simples cíclicos).
Ejemplos

 

 

 

 

 

Perímetro de polígonos

Los polígonos son figuras planas y cerradas, compuestas por al menos tres segmentos rectilíneos. La línea que forma el contorno de estas figuras se denomina poligonal. Existen polígonos regulares y no regulares, esta clasificación es muy importante al momento de calcular perímetros.

Las figuras geométricas se encuentran en todas partes, en la naturaleza y en juguetes por ejemplo. Además, gran variedad de objetos pueden estar compuestos por las mismas, como pueden ser las cajas. Conocer el cálculo de perímetros tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana.

ELEMENTOS DE LOS POLÍGONOS

Lado: cada uno de los segmentos que conforman la forma poligonal. Ej:  

Perímetro: es la suma de las longitudes de los lados de la figura.

Vértices: corresponden a las intersecciones de los segmentos que configuran la poligonal. Ej: A, B, C, etc.

Diagonal: es el segmento que uno dos vértices no consecutivos. La cantidad total de diagonales en un polígono se calcula por la fórmula:

D = n(n-3)/2, siendo n la cantidad de lados de la figura.

Diagonal AD.
Apotema: es un segmento perpendicular a un lado, se traza desde el centro de un polígono.

r: radio; a:apotema

Radio: corresponde al segmento trazado desde el centro del polígono hasta uno de sus vértices. En el caso de los polígonos regulares es igual al radio de la circunferencia en la cual se lo puede circunscribir.

Altura: es la distancia desde un vértice al lado opuesto en polígonos sin lados paralelos. Cuando los polígonos tienen lados paralelos, la altura es la distancia entre dichos lados.

Ángulo interior: es cada uno de los ángulos determinados por lados consecutivos. En los polígonos convexos se puede calcular la suma de los ángulos interiores mediante la fórmula S=180⋅(n-2).

Ángulo exterior: se forma por un lado y la prolongación del lado contiguo.

Ángulo central: su vértice se ubica en el centro del polígono y los lados pasan por los extremos de un lado de la figura (vértices).

polígonos convexos

Los polígonos convexos, ya sean regulares o no, se nombran de acuerdo a la cantidad de ángulos o lados:

  • Triángulos (3 lados)
  • Cuadriláteros (4 lados)
  • Pentágonos (5 lados)
  • Hexágonos (6 lados)

Cuando los polígonos son regulares (lados iguales) se los nombra escribiendo la palabra regular:

  pentágono regular                              hexágono regular

Si sus lados son distintos, simplemente se cuentan cuántos son y se nombra:

 pentágono

La forma geomètrica que presentan los panales de abejas se debe a que la misma permite almacenar mas miel que otras con su mismo perímetro.

polígonos cóncavos

Los polígonos cóncavos se subclasifican en dos grupos: los equiláteros (estrellados) y los no equiláteros.

 polígono estrellado          polígono cóncavo no equilátero (pentágono)

PERÍMETROS EN POLÍGONOS REGULARES

Para el caso particular de los polígonos regulares existen fórmulas que permiten calcular sus perímetros y áreas.

En el artículo Perímetros de triángulos y cuadriláteros puedes ver ejemplos de cómo hallar perímetros en dichas figuras. Sin embargo, todos los polígonos obedecen a la siguiente fórmula para calcular sus perímetros:

P = n⋅ l

P= perímetro

n: número de lados

l: medida del lado

Aplicación de la fórmula para calcular perímetro en polígonos regulares

Hallar el perímetro del siguiente octágono regular:

n = 8  (por ser un octágono)

l = 5cm

P = n⋅ l

P = 8⋅ 5cm

P = 40 cm

Con todo lo aprendido se pueden hallar perímetros de figuras específicas, como pueden ser algunos moldes de vestimenta, desarrollo de volúmenes, etc.

DESARROLLO DE UN CUBO

Cubo.

Un cubo es un poliedro, es decir, un cuerpo formado por caras planas que encierra un volumen. Para construir un cubo se necesita realizar su desarrollo en el plano.

El cubo se construye con seis cuadrados dispuestos de la siguiente forma:

Desarrollo del cubo.

A PRACTICAR LO APRENDIDO

Calcular los perímetros de las siguientes figuras:

  1. Pentágono regular 
  2.  Decágono regular
  3.  Estrella de 12 lados y medida del lado 3cm
  4.  Pentágono irregular 

respuestas

  1. 17,5 m
  2. 20 cm
  3. 36 cm
  4. 28 cm
¿Sabías qué...?
Las abejas construyen las celdillas de sus colmenas con forma circular, éstas adquieren la forma hexagonal debido al efecto de compresión al cual están sometidas.

Si deseas seguir aprendiendo sobre geometría ingresa a la Enciclopedia de Matemática Secundaria, Tomo 1.