Инверзија и тачка

                                Садржај
* Инверзија у односу на круг k(O,r) пресликава унутрашњу област тог круга, без центра О, у његову спољашњу област. И обрнуто, спољашња област се том инверзијом пресликава у унутрашњу област без центра О.
Докажимо ово тврђење:
Нека је А произвољна тачка у унутрашњој области круга k(O,r), различита од центра О, дакле |ОА| < r. Инверзијом тачке А у односу на круг k добијамо тачку А', за коју важи |ОА|·|ОА'|= r 2 .

Како је |ОА| < r, закључујемо да је |ОА'| > r, тј. тачка А' се налази у спољашњој области круга к.
Аналогно томе, ако се А налази у спољашњој области круга к(О,r), тада је |ОА| > r.

Ако је А' њена слика при инверзији у односу на тај круг к тада је |ОА|·|ОА'|= r 2 , па је |ОА'| < r.
Тиме је тврђење доказано.
Приметимо да је тачка X инваријантна ако и само ако |OX|·|ОX'|= r 2 ,односно ако и само ако X припада кругу инверзије.

Тиме смо доказали:
* Све инваријантне тачке инверзије су на кругу те инверзије.

* Како конструисати инверзну слику неке тачке?
  • Ако је тачка на кружници инверзије, већ смо закључили да се она пресликава на саму себе.
  • Нека је А тачка у спољашњој области круга к(О,r). Конструишемо тангенте из тачке А на круг к. Нека су додирне тачке тих тангенти редом P и Q.
    Тада је тражена тачка А' пресечна тачка дужи PQ и OA.

    Померањем тачака А или О помера се и тачка А'.



    Заиста, како је ∠ POA  = POA' и ∠ OPA  = OA'P = 90 ° следи да су △OPA' и △OAP слични па је |ОА'|:|ОP| = |OP|:|OA|, тј. |ОА|·|ОА'| = |OP| 2 = r 2 , што значи да је тачка А' инверзна тачки А у односу на круг k.

  • Ако је А тачка у унутрашњости круга инверзије k(О,r) различита од центра, тада уочимо праву ортогоналну на ОА у тачки А. Нека су P и Q пресечне тачке те праве и круга k. Потом уочимо тангенте на круг k у тачкама P и Q.
    Тада је тачка А' пресечна тачка ових тангентних линија.

    Померањем тачака А или О помера се и тачка А'.



    Слично као у претходном случају, то следи из сличности △OPA' и △OAP

* На основу релације |ОА|·|ОА'|= r 2 можемо закључити да ако се тачка А "приближава" центру О тј. |ОА| опада, тада ће |ОА'| расти, тј. њена слика А' се "удаљава ка бесконачности".
Такође, ако је тачка А "близу" круга k и њена слика А' ће бити "близу" тог круга, само са његове друге стране.
Дакле, ако инверзија пресликава редом тачке А и B у тачке А' и B' и ако важи B(O,А,B) тада ће важити и B(O,B',А').

Примери

  • Пример 1
    Нека је ψk инверзија у односу на круг k(О,r), А и B произвољне тачке и А' и B' њихове слике при тој инверзији ψk. Тада важи

    |A'B'| =   r 2 |ОА|·|ОB| ·|AB| .

    Решење
    Разматрамо прво случај ако су тачке О, А и B колинеарне, и нека је на пример, B(O,А,B).

    Тада је B(O,B',А') па је
    |A'B'| = |OA'| - |OB'| =   r 2 |ОА|   -   r 2 |ОB|   =   |OB| - |OA| |ОА|·|ОB| · r 2   =   AB 2 |ОА|·|ОB| .
    Нека су сада О, А и B неколинеарне тачке.

    Како је ψk (А) = А' и ψk (B) = B', важи
    |ОА|·|ОА'|= r 2 = |ОB|·|ОB'| , па је |ОА|:|ОB'| = |OB|:|OA'|.
    Користећи још да је ∠ AOB  = B'OA' закључујемо да су троуглови △OAB и △OB'A' слични.
    Отуда је |ОB'|= r 2 : |ОB| и |А'B'|:|AB| = |OB'|:|OA| па је
    |A'B'| =   r 2 |ОА|·|ОB| ·|AB| .

  • Пример 2
    Нека је А, А' пар одговарајућих тачака инверзије ψk у односу на круг k. Доказати да је однос |XА|:|XA'| константан за сваку тачку Xk.
    Решење
    Kako je ψk(А) = А' и ψk(X) = X' јер Xk следи да је |ОА|·|ОА'|= r 2 и |ОX|·|ОX'|= r 2 , па је |ОА|·|ОА'| = |ОX|·|ОX'|, тј. |ОА|:|ОX| = |OX|:|OA'|.
    Користећи још да је ∠ AOX  = A'OX закључујемо да су △OAX и △XOA' слични па је |XA|:|XA'| = |OX|:|OA'| = r:|OA'| = |OA|:r, тј. |XA|:|XA'| не зависи од тачке X.

Copyright © Ана Ђурђевац & Mилица Мисојчић