terça-feira, 26 de janeiro de 2010

Problema dos círculos tangentes

Originárias do Japão no período feudal, as gravuras com figuras geométricas conhecidas como sangaku, ou tabuletas matemáticas, ainda podem ser encontradas discretamente penduradas na entrada dos templos ou dos santuários.

O conteúdo e a forma dos sangaku tratam quase sempre de enunciados de problemas, propostos por um indivíduo, com ou sem a solução. Eles são relativamente sucintos e inspirados em composições geométricas complexas, nas quais quadrados, círculos e elipses se posicionam lado a lado ou se cruzam harmoniosamente proporcionando um belo efeito visual.

Um problema clássico da matemática japonesa que se encontra em muitos manuais e tabuletas matemáticas é apresentado neste artigo. O problema relaciona três círculos tangentes:


Três círculos C1, C2 e C3, com raios r1, r2 e r3, estão mutuamente tangentes um aos outros dois e numa linha paralela ao eixo x, como na figura acima. O centro do círculo C1 está na posição 0 do eixo. Como calcular a posição em x dos centros dos círculos C2 e C3 e o raio r3 sabendo apenas os raios r1 e r2?

A posição em x do centro do círculo C2 é dada pela distância horizontal entre os centros de C1 e C2 na resolução da equação


para x2, obtemos


A posição e o raio de C3 pode ser encontrado nas resoluções das equações



para x3 e r3, obtemos



A última equação pode ser escrita na forma


Este problema, encontrado em um templo japonês, é do ano de 1824. Os pares (x,r) de cada círculo nada mais são do que as coordenadas dos centros num plano cartesiano.

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