Circunferencia
Elementos, gráfica y las dos formas de su ecuación: ordinaria y general.
Al terminar esta clase podrás…
- Distinguir los elementos de la circunferencia.
- Representar gráficamente una circunferencia con base en los elementos dados.
- Modelar la ecuación de la circunferencia en su forma ordinaria y general.
¿Dónde has visto una circunferencia hoy, desde que despertaste?
Una app de mapas quiere dibujar la Glorieta Minerva
Imagina que programas una app de mapas. La computadora no "ve" la glorieta: solo entiende números. Tienes que describirle la glorieta con la menor cantidad de datos posible para que la dibuje exacta.
¿Cuál es la información mínima que necesita la app para dibujar una glorieta perfectamente redonda?
“Entregamos a 3 km a la redonda”
Una taquería en el punto R(0, 0) anuncia envío gratis a 3 km a la redonda. Las coordenadas están en km.
Tu casa está en T(2, 2.5) y la de tu amiga en A(−1.8, 2.4).
¿Tu casa alcanza el envío gratis?
d = √(2 − 0)2 + (2.5 − 0)2 = √4 + 6.25 = √10.25 ≈ 3.20 km 3.20 > 3, así que no alcanzas: te quedas fuera por unos 200 m. Estaba tan cerca del borde que a ojo era difícil decidir: por eso calculamos.
¿Y tu amiga?
La línea punteada marca los 3 km.
¿De dónde viene la circunferencia?
Los griegos fueron los primeros en estudiar las secciones cónicas: curvas que se obtienen al cortar con un plano un cono circular recto de dos mantos (dos conos unidos por la punta).
Aparecen en la naturaleza y la tecnología: órbitas de los planetas, electromagnetismo, óptica, mecánica, minería y muchas áreas más.
¿Cómo debe cortar el plano al cono para que el corte sea una circunferencia?
La circunferencia es una de cuatro cónicas. ¿Cuáles son las otras tres?
¿Qué es una circunferencia?
Una circunferencia es el conjunto de puntos equidistantes a otro punto fijo en el plano. El punto fijo se llama centro, mientras que la distancia desde el centro hacia cualquier punto de la circunferencia es el radio y es una distancia constante.
En otras palabras: todos sus puntos están a la misma distancia r del centro.
El círculo se refiere al área delimitada por la circunferencia; es decir, la circunferencia es el perímetro del círculo.
¿El centro pertenece a la circunferencia?
Una pizza: ¿la orilla es la circunferencia o el círculo? ¿Y toda la pizza?
Elementos de la circunferencia
- Radio: segmento que une el centro con cualquier punto de la circunferencia.
- Diámetro: cuerda que pasa por el centro de la circunferencia. Su medida es igual a dos veces la longitud del radio.
- Cuerda: segmento que une dos puntos de la circunferencia.
- Secante: recta que corta a la circunferencia en dos puntos.
- Tangente: recta que toca a la circunferencia en un solo punto.
¿Todo diámetro es una cuerda? ¿Toda cuerda es un diámetro?
¿Qué diferencia hay entre una cuerda y una secante?
De la distancia a la ecuación
Por convención, el centro se ubica en las coordenadas C(h, k). Un punto P(x, y) está en la circunferencia si su distancia al centro es exactamente r.
Fórmula de la distancia entre dos puntos:
Sustituyendo d por r y las coordenadas h y k del centro:
Forma ordinaria, canónica o estándar.
Si el centro está en el origen, C(0, 0):
¿Por qué elevamos al cuadrado ambos lados de r = √(…)?
¿Cuál es la ecuación de la frontera de “3 km a la redonda” si la taquería está en el origen?
Si un punto da (x − h)2 + (y − k)2 menor que r2, ¿dónde está?
Laboratorio: mueve h, k y r
Forma ordinaria
Forma general (la verás en unos minutos)
Reto 1/4: dibuja la circunferencia
Si aumentas h, ¿hacia dónde se mueve la circunferencia? ¿Y por qué en la ecuación aparece un signo menos?
Determina el centro y la medida del radio
Compara cada ecuación con (x − h)2 + (y − k)2 = r2. Primero intenta, luego revela.
(x − 4)2 + (y − (−9))2 = 81
C(4, −9)
r2 = 81 → r = √81 = 9
C(0, 0)
r2 = 196 → r = √196 = 14
C(0, 8)
r2 = 12 → r = √12 (= 2√3 ≈ 3.46)
En la primera ecuación, alguien dice que el radio es 81. ¿Qué le responderías?
Tu turno: centro y radio
Resuelvan en parejas. Al terminar, el 🎲 elige quién explica cada una en voz alta.
Centro y un punto por el que pasa
Determina la ecuación de la circunferencia con centro en C(2, 3) y que pasa por el punto P(7, 6).
Ya tenemos h y k. ¿Qué dato nos falta y cómo lo obtenemos?
Sustituimos P(7, 6), es decir x = 7, y = 6:
(7 − 2)2 + (6 − 3)2 = r2 → 52 + 32 = 34 Por lo tanto r2 = 34 y la ecuación es:
¿Es necesario calcular r = √34 ≈ 5.83 para escribir la ecuación?
Traza la gráfica de (x − 2)2 + (y + 3)2 = 25
Método de los cuatro radios
- Marca la coordenada del centro.
- Mide cuatro radios paralelos a los ejes x y y a partir del centro (derecha, izquierda, arriba, abajo).
- Dibuja un punto en el extremo de cada radio.
- Une los cuatro puntos con curvas redondas.
derecha (7, −3) · izquierda (−3, −3) · arriba (2, 2) · abajo (2, −8)
Determina la ecuación de la circunferencia mostrada
Observa la gráfica. ¿Dónde está el centro? ¿Cómo mides el radio sin regla?
Se localiza un punto colineal horizontalmente al centro por el que pasa la circunferencia: P(−10, 1). El radio es la diferencia entre las coordenadas x:
r = −3 − (−10) = 7 → r2 = 49
Extremos del diámetro
Determina la ecuación de una circunferencia cuyo diámetro tiene sus extremos en los puntos P1(−6, 9) y P2(4, −5).
¿Por qué el centro tiene que ser el punto medio del diámetro?
¿Obtendrías el mismo radio usando P2 en lugar de P1?
Checkpoint: forma ordinaria
Resuelve en tu cuaderno. Revela cada respuesta después de intentarlo; al revelar las tres se desbloquea la siguiente sección.
a) Centro (−4, 0) y radio 3.
(x + 4)2 + y2 = 9
b) Centro (1, −2) y pasa por (4, 2).
(x − 1)2 + (y + 2)2 = 25
c) Diámetro con extremos (−2, 1) y (6, 7).
r2 = (6 − 2)2 + (7 − 4)2 = 16 + 9 = 25
(x − 2)2 + (y − 4)2 = 25
La forma general
Donde los coeficientes de los términos x2 y y2 son +1.
¿De dónde sale? Desarrolla los binomios
Simplificando e igualando a cero:
D = −2h · E = −2k · F = h2 + k2 − r2
x2 − 6x + 9 + y2 + 8y + 16 = 61
Simplifica e iguala a cero:
x2 + y2 − 6x + 8y + 9 + 16 − 61 = 0
Si las dos formas describen la misma circunferencia, ¿qué ventaja tiene cada una?
Centro y radio desde la forma general
Las fórmulas para calcular el centro y el radio dada la ecuación en su forma general son:
¿De dónde sale h = −D/2?
Otra ruta: completar cuadrados
Otra manera de identificar el centro y el radio es transformar la forma general a la ordinaria completando el trinomio cuadrado perfecto. Condición: los coeficientes de x2 y y2 deben ser 1.
1. Agrupa términos de variables comunes
2. Suma (coef./2)2 en ambos lados
(x2 + 6x + 9) + (y2 − 14y + 49) = −6 + 9 + 49
3. Factoriza y simplifica
C(−3, 7) ; r = √52 = 2√13 ≈ 7.21
¿Por qué al completar el cuadrado hay que sumar el 9 y el 49 también del lado derecho?
¿Circunferencia, punto o conjunto vacío?
Al transformar la forma general a la ordinaria, el valor de r2 determina qué representa la ecuación:
| Forma ordinaria (x − h)2 + (y − k)2 = r2 | La ecuación representa |
|---|---|
| r2 > 0 | 1 · Una circunferencia |
| r2 = 0 | 2 · Un punto en el plano |
| r2 < 0 | 3 · Un conjunto vacío |
¿Por qué si r2 < 0 no hay ningún punto?
1 · Circunferencia, C(0, 4), r = 4
2 · Un punto: (2, −3)
3 · Conjunto vacío: ningún punto la cumple
Tres puntos, una circunferencia
Ruiz (2018) define que “en geometría elemental se aprende que por tres puntos no colineales pasa una y solo una circunferencia”. Dados tres puntos, se sustituyen sus coordenadas en la forma general y se obtienen tres ecuaciones con tres incógnitas: D, E y F.
Puntos: A(−3, −2)B(2, 4)C(6, 2)
¿Por qué los tres puntos deben ser no colineales?
B: 4 + 16 + 2D + 4E + F = 0 → 2) 2D + 4E + F = −20
C: 36 + 4 + 6D + 2E + F = 0 → 3) 6D + 2E + F = −40
(1) + (3): 5) 3D + 2F = −53
3·(4) + 4·(5): −12D + 9F + 12D + 8F = −138 − 212 → 17F = −350
En 5): 3D − 700/17 = −53 → 3D = −201/17 → D = −67/17
En 1): 201/17 − 2E − 350/17 = −13 → −2E = −72/17 → E = 36/17
Comprobación con B(2, 4): 17(4 + 16) − 67(2) + 36(4) − 350 = 340 − 134 + 144 − 350 = 0 ✔
Checkpoint: forma general
Resuelvan y revelen cada respuesta después de intentarlo; al revelar las tres se desbloquea la siguiente sección.
a) Escribe en forma general:
x2 + y2 + 4x − 2y − 4 = 0
b) Centro y radio de:
C(5, −2); r = ½√(100 + 16 − 80) = ½√36 = 3
Con cuadrados: (x − 5)2 + (y + 2)2 = −20 + 25 + 4 = 9 ✔
c) ¿Qué representa?
r2 = 0 → un punto: (−3, 1)
“El centro es (5, −2)”
Te piden el centro de (x + 5)2 + (y − 2)2 = 16 y escribes:
C(5, −2)
Pista: pregúntate qué valor de x hace que el paréntesis (x + 5) valga cero.
Correcto: C(−5, 2), r = 4.
Truco para verificar: el centro es el punto que hace cero cada paréntesis. x + 5 = 0 → x = −5 ✔.
Confundir r con r2
Caso A. De (x − 1)2 + y2 = 49 escribes r = 49.
Caso B. Para centro (0, 3) y radio 6 escribes x2 + (y − 3)2 = 6.
Pista: ¿el lado derecho de la ecuación ordinaria es r o es r2?
Caso A: r2 = 49 → r = 7.
Caso B: r = 6 → r2 = 36 → x2 + (y − 3)2 = 36.
Hábito que te salva: al terminar, pregúntate “¿este número es el radio o el radio al cuadrado?”.
La balanza desequilibrada
Para x2 + y2 − 6x + 4y − 3 = 0 escribes:
(x2 − 6x + 9) + (y2 + 4y + 4) = 3
(x − 3)2 + (y + 2)2 = 3 → r = √3
Pista: ¿qué números agregaste del lado izquierdo? ¿Los agregaste también del derecho?
(x − 3)2 + (y + 2)2 = 3 + 9 + 4 = 16
Correcto: C(3, −2), r = 4.
Compruébalo con la fórmula: ½√(36 + 16 + 12) = ½√64 = 4 ✔
Cuando x2 y y2 no tienen coeficiente 1
Para 2x2 + 2y2 − 8x + 4y − 8 = 0 usas directo D = −8, E = 4, F = −8 y obtienes:
C(4, −2)
Pista: revisa cómo se ve exactamente la forma general x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0.
x2 + y2 − 4x + 2y − 4 = 0
D = −4, E = 2, F = −4 → C(2, −1), r = ½√(16 + 4 + 16) = ½·6 = 3.
(Esto mismo pasó en el ejemplo de tres puntos: 17x2 + 17y2… para sacar centro y radio, primero divides entre 17.)
Tu celular sabe dónde estás… con circunferencias
Una antena (o satélite) no sabe en qué dirección estás, solo a qué distancia. Eso te coloca en algún punto de una circunferencia con centro en la antena. Con varias antenas, tu ubicación es donde se cruzan sus circunferencias. A esto se le llama trilateración; las redes sismológicas usan la misma idea para ubicar el epicentro de un sismo.
¿Por qué no bastan dos antenas para ubicarte en el plano?
Antenas en (−3, 4), (5, 5) y (1, −4). El celular está a √34, 5 y √26 km, respectivamente. ¿El celular está en (2, 1)?
(2 + 3)2 + (1 − 4)2 = 25 + 9 = 34 ✔
(2 − 5)2 + (1 − 5)2 = 9 + 16 = 25 = 52 ✔
(2 − 1)2 + (1 + 4)2 = 1 + 25 = 26 ✔
Sí: (2, 1) está en las tres circunferencias.
De la ecuación a tu propósito
🤖 Desde la ingeniería en robótica
Un robot con sensor láser (LiDAR) no “ve” una columna redonda: ve cientos de puntos sueltos. Para saber dónde está la columna y qué tan gruesa es, calcula la circunferencia que mejor pasa por esos puntos. Es exactamente el ejemplo de tres puntos… pero con muchos más.
¿Dónde más aparece?
- Arquitectura: ubicar el centro de un techo en forma de bóveda para colgar un candelabro.
- Ingeniería civil: diseñar glorietas y túneles.
- Videojuegos: detectar si dos personajes “chocan”.
- Automovilismo: la distancia recorrida en una pista circular tras varias vueltas.
Un personaje ocupa la circunferencia de centro (0, 0) y radio 3; otro, centro (4, 3) y radio 2. ¿Se tocan?
Una circunferencia queda definida por un centro que no se mueve y un radio que marca hasta dónde llega. Si tu vida fuera una circunferencia: ¿qué hay en tu centro (lo que no negocias) y qué harías este semestre para hacer crecer tu radio (tu alcance)?
Hoy tradujiste “un lugar redondo” a una ecuación que una computadora entiende. ¿Qué habilidad usaste que te sirve fuera de matemáticas?
Cierre: formas de la ecuación de la circunferencia
| Ecuación | Fórmula | Centro | Radio |
|---|---|---|---|
| Ordinaria con centro en C(h, k) | (x − h)2 + (y − k)2 = r2 | C(h, k) | r = √r2 |
| Ordinaria con centro en el origen | x2 + y2 = r2 | C(0, 0) | r = √r2 |
| General | x2 + y2 + Dx + Ey + F = 0 | (−D2, −E2) | 12√D2 + E2 − 4F |
Checkpoint · asegúrate de…
- Distinguir los elementos de la circunferencia.
- Representar gráficamente una circunferencia con base en los elementos dados.
- Modelar la ecuación de la circunferencia en su forma ordinaria y general.
Semáforo: marca en tu cuaderno 🟢 domino · 🟡 casi · 🔴 necesito repasar, para cada punto.
Escribe la ecuación en forma ordinaria y en forma general de la circunferencia con centro (3, −1) y radio 2.
Desarrollando: x2 − 6x + 9 + y2 + 2y + 1 = 4
General: x2 + y2 − 6x + 2y + 6 = 0
Compruébalo: C = (6/2, −2/2) = (3, −1) ✔; r = ½√(36 + 4 − 24) = ½·4 = 2 ✔
Referencias: Angel, A., y Runde, D. (2019). Álgebra intermedia (9ª ed.). Pearson. · Cuéllar, J. (2019). Matemáticas 3 (5ª ed.). McGraw Hill. · Ruiz, J. (2018). Matemáticas 3: Geometría analítica básica (4ª ed.). Editorial Patria.