martes, 27 de marzo de 2012

Fractales recursivos: Curva de Koch [JAVA]

curva-de-koch-triangulo-completo-150Hemos visto un primer programa denominado "DrawWorld" que nos introducía la programación en JAVA orientada a los gráficos. Este módulo de programación nos ha servido para ver un primer fractal recursivo: El triángulo de Sierpisnki.


Veamos como modificar este programa elemental para generar un nuevo fractal recursivo básico: La curva de Kuch.


(Ver como se genera un fractal recursivo)

Es un fractal que se construye de forma recursiva a partir de una línea recta. Sus lados se dividen en tres partes iguales y el segmento central se cambia por dos iguales que forman 60 grados con los anteriores y entre si.




La curva de Koch, también conocida como copo de nieve es un fractal que puede obtenerse mediante diferentes procedimientos como los denominados IFS o sistemas de funciones iteradas (deterministas o no), sistemas basados en reglas, etc.


El algoritmo recursivo goza de la virtud de representar además un concepto muy asociado a los fractales: el infinito. La esencia de la recursividad permite describir de una forma muy simple la de la propia curva. Un universo que contiene a otro y este a su vez copia el patrón a menor escala (de forma contractiva) en una secuencia que se repite infinitamente.


La curva de Koch pertenece al grupo de los fractales autosimilares[1], siendo el método de obtención del tipo determinista.



[caption id="attachment_13420" align="alignleft" width="240" caption="Iniciador"]curva-de-koch-0[/caption]

[caption id="attachment_13421" align="alignright" width="241" caption="Primera iteración"]curva-de-koch-1[/caption]

Dimensión Fractal


La dimensión de un objeto es un concepto topológico que sitúa o clasifica a los objetos en espacios métricos. La noción intuitiva de espacios con dimensiones enteras choca con las denominadas dimensiones fractales, que toman valores reales.


La curva de Peano es una curva capaz de llenar el plano. ¿Tiene por lo tanto dos dimensiones?, cabe preguntarse.




Se asocia la dimensión de un fractal con la aspereza, o fragmentación, del mismo, de manera que una dimensión mayor presentará un aspecto más rugoso o dentado. En cualquier caso da información caracterizándolo acerca de su complejidad.



La curva de Koch tiene una relación s=1/3, con n = 4, por lo que su dimensión fractal es:

D=ln4/ln3 ~ 1.269

Si cada uno de estos nuevos segmentos se dividen de nuevo de forma recursiva se obtiene la curva de Hoch




[caption id="attachment_13422" align="aligncenter" width="247" caption="curva de koch para n=2"]curva-de-koch-2[/caption]

.




[caption id="attachment_13423" align="aligncenter" width="215" caption="curva de koch para n=3"]curva de koch para n=3[/caption]

[caption id="attachment_13424" align="aligncenter" width="226" caption="curva de koch para n=4"]curva de koch para n=4[/caption]

Si usamos tres líneas, en lugar de una como iniciador, en forma de triángulo equilátero aparecerá la clásica forma de copo de nieve, nombre con el que se conoce a esta configuración del fractal.




[caption id="attachment_13425" align="aligncenter" width="262" caption="curva de koch : copo de nieve"]curva-de-koch-triangulo[/caption]

Algoritmo generador


Se ha definido una función "paintRecursivo" (que se llama desde el método "paint") a la que pasamos los puntos de la línea o líneas del triángulo, así como el nivel de recursividad. La función calcula los vértices de los nuevos segmentos, pinta la figura y se llama a sí misma de nuevo reduciendo el nivel de recursividad.


Por lo tanto, en cada llamada a la función se reduce el valor de recursividad, de forma que cuando éste es cero termina de efectuar la recursividad.



import java.applet.Applet;
import java.awt.Graphics;
/**
* @author José Juan Aliaga
*/
public class MainApp extends Applet {
double xp1=300;
double yp1=300;
double xp2=10;
double yp2=300;
double sin60=Math.sin(3.14/3.);
int nivel_de_recursividad=6;

public MainApp() { }

public static void main(String[] args) { }

public void paint(Graphics g){
paintRecursivo(g,nivel_de_recursividad,xp1,yp1,xp2,yp2);
}

private void paintRecursivo(Graphics g, int i, double xp12, double yp12, double xp22, double yp22 ) {
double dx=(xp22-xp12)/3.;
double dy=(yp22-yp12)/3.;
double xx=xp12+3*dx/2.-dy*sin60;
double yy=yp12+3*dy/2.+dx*sin60;
if(i<=0){
g.drawLine((int)xp12,(int)yp12,(int)xp22,(int)yp22);
}
else{
paintRecursivo(g,i-1,xp12,yp12,xp12+dx,yp12+dy);
paintRecursivo(g,i-1,xp12+dx,yp12+dy,xx,yy);
paintRecursivo(g,i-1,xx,yy,xp22-dx,yp22-dy);
paintRecursivo(g,i-1,xp22-dx,yp22-dy,xp22,yp22);
}
} }

[caption id="" align="aligncenter" width="94" caption="Curso JAVA"]JAVA[/caption]

lunes, 26 de marzo de 2012

Sistemas de representación : Proyecciones [ Geometría descriptiva ]

sistemas-de-representación-ProyeccionesLos denominados Sistemas de Representación engloban un conjunto de técnicas y modelos de proyección que permiten visualizar elementos de un espacio tridimensional sobre un plano bidimensional.


Cada uno de los sistemas aporta una serie de ventajas que lo hacen especialmente útil en determinadas aplicaciones. Así, los sistemas que se engloban en el conjunto de perspectivas, son especialmente útiles para dar una visión tridimensional sencilla del objeto. Los sistemas de naturaleza cilíndrica ortogonal facilitan las operaciones de medida al reducirlas a obtención de triángulos pitagóricos (rectángulos), mientras los modelos cónicos o centrales se aproximan a la forma en que trabaja la visión humana.




La geometría descriptiva es un conjunto de técnicas de carácter geométrico que permite representar el espacio tridimensional sobre una superficie bidimensional y, por tanto, resolver en dos dimensiones los problemas espaciales garantizando la reversibilidad del proceso a través de la adecuada lectura.(W)



Todos los sistemas se pueden estudiar desde un punto de vista proyectivo mediante las dos operaciones fundamentales: Proyección y sección. Algunos aspectos como los relativos a la incidencia o pertenencia pueden independizarse del modelo de proyección utilizado, por lo que se pueden abordar de forma generalista.


Estas últimas nociones nos llevan a relacionar los diferentes sistemas en una única figura a la hora de iniciar su estudio, facilitando una interpretación espacial de las nociones proyectivas fundamentales a la vez que establecemos puentes metodológicos entre ellos.




La Perspectiva Cónica, el Sistema Diédrico, la Perspectiva Axonométrica y la Perspectiva Caballera son Sistemas que utilizan procedimientos de proyección cónica, ortogonal y oblícua, los cuales se pueden interrelacionar en una figura que los contemple conjuntamente.



1º) Consideremos un plano de proyección, plano del dibujo, plano del papel o plano del cuadro, al que por brevedad denominamos p.


plano_proyeccion

2º) Los tres vértices de proyección ortogonal, cónica y oblícua se corresponderán con los tres modelos básicos de proyección que dan lugar a las diferentes famílias de sistemas de representación.


sistemas-de-representación-vertices_proyeccion


3º) Sea un punto (A), objeto de representación. Veamos cómo se proyecta sobre el plano de proyección desde cada uno de los vértices o centros de proyección mencionados.


sistemas-de-representación-punto-a-proyectar


4º) Hacemos su primera representación en proyección ortogonal. La proyección del punto sobre el plano es la intersección de su rayo proyectante con el plano de proyección, es decir, la recta que contiene al punto y al centro de proyección.


sistemas-de-representación-proyeccion-ortogonal


5º) También se proyecta (A) de forma cónica y oblícua a partir de los correspondientes centros de proyección.


sistemas-de-representación-proyecciones-del-punto


6º) En proyección cónica dos triángulos rectángulos son semejantes y en proyección oblícua son semejantes otros dos
Los primeros triángulos comparten el ángulo g, los segundos el ángulo d y uno de los primeros con uno de los segundos el cateto y


sistemas-de-representación-relacion-entre-proyecciones


7º) Al considerar una recta cualquiera que pase por (A), a es su proyección cónica, a” ortogonal y ao oblícua.


8º) Las tres coinciden en el punto de intersección con el plano de proyección.


sistemas-de-representación-proyeccion-recta


9º) Por tanto a-a” son perspectivas con centro V”, a”-ao lo son con centro V y a-ao con centro Vo
10º) Un centro perspectivo impropio siempre conlleva asociado la conservación de la razón simple.
11ª) Con el centro propio no se conserva la razón simple. pero sí la razón doble.
12º) El ángulo a de la recta a está determinado en un triángulo rectángulo con catetos a” e y.


sistemas-de-representación-perspectividad entre proyecciones


Más adelante estableceremos la condición geométrica que distingue a la proyección ortogonal ante la proyección oblícua (respecto a la proyección cónica también es reiterable), que se analizará en el denominado teorema de las tres perpendiculares.


Agradecimientos: Al profesor José Jaime Rua Armesto por su secuencia de imágenes y comentarios sobre el tema.

[caption id="attachment_13573" align="aligncenter" width="400" caption="Sistemas_de_representacion"]Sistemas_de_representacion[/caption]

martes, 6 de marzo de 2012

Geometría métrica : Arco capaz sobre un segmento

La relación entre el ángulo inscrito y el ángulo central en una circunferencia permite obtener un lugar geométrico de gran importancia por sus numerosas aplicaciones en la geometría métrica; este lugar geométrico se denomina arco capaz.


angulo inscrito arco capaz


Los puntos de una circunferencia que son vértices de triángulos cuya base común es una cuerda de la circunferencia tienen la propiedad de tener asociado en ese vértice un mismo ángulo, que se corresponde con la mitad del ángulo central que abarca dicha base.


Esta propiedad permite enunciar la definición del lugar geométrico denominado Arco capaz sobre un segmento.




Arco capaz de un segmento AB visto bajo un ángulo α dado es el lugar geométrico de los puntos del plano desde los cuales se ve el segmento AB bajo el mismo ángulo α.



Construcción del arco capaz


El punto P observa al segmento AB (cuerda de la circunferencia) bajo un determinado ángulo (alfa). Al desplazarse sobre dicha circunferencia el ángulo permanece invariante.


Los segmentos PA y PB varian por tanto en longitud, pero no el ángulo que forman. Este concepto permite determinar una construcción elemental para, dado el segmento AB y el ángulo alfa, determinar el centro de la circunferencia descrita.


Si el punto P se desplaza hasta coincidir con el punto B, el segmento AP se convierte en el AB, y el segmento BP se convierte en la tangente a la circunferencia, por lo que la tangente en B forma alfa grados con el segmento AB.




La tangente y el radio que pasa por el punto de contacto son ortogonales



Para construir el arco capaz, o determinar la circunferencia, simplemente determinaremos su centro como intersección de la mediatriz de AB con la recta perpendicular a la tangente en B (que determinaremos previamente)




[caption id="attachment_13166" align="aligncenter" width="228" caption="Construcción del arco capaz"]Construccion arco capaz[/caption]

El arco capaz de 90 grados es una semicircunferencia.

Aplicaciones del arco capaz


Además de ser usado para resolver problemas de lugares geométricos, tiene especial utilidad como herramienta para demostrar teoremas clásicos de la geometría métrica.

Aplicación a construcciones geométricas


El arco capaz de mayor interés es el de 90 grados, es decir, el del ángulo recto. Este lugar geométrico es de gran uso en la resolución de problemas básicos de tangencias y posteriormente se usará en relaciones armónicas.
Como la tangente y el radio que pasa por el punto de contacto son ortogonales, podemos usar el arco capaz de 90 grados para determinar la tangente desde un punto a una circunferencia. Simplemente determinaremos un arco capaz (semicircunferencia) entre el punto desde el que queremos trazar la tangente y el centro C de la circunferencia a la que debe ser tangente la recta. El punto T de intersección será el punto de tangencia buscado.




[caption id="attachment_13169" align="aligncenter" width="328" caption="tangente a una circunferencia"]tangente a circunferencia desde un punto[/caption]

Aplicación en demostraciones


Las demostraciones de teoremas en las que aparecen ángulos rectos son en las que el arco capaz de 90 grados tiene aplicación inmediata. Por ejemplo, un teorema clásico es:
El ortocentro de un triángulo es el incentro de su triángulo órtico.

El ortocentro es el punto de intersección de las alturas del triángulo ABC, rectas que pasan por un vértice y por el pie de la perpendicular al lado opuesto (H). Este punto se encuentra por tanto en la intersección de dos arcos capaces.

El triángulo órtico es el que pasa por los pies de las alturas, y su incentro es el punto de intersección de las bisectrices.

A partir de la figura se puede deducir el teorema anterior, simplemente demostrando que los ángulos marcados son iguales al estar en arcos capaces sobre un mismo segmento en las diferentes circunferencias que se muestran.

[caption id="attachment_13168" align="aligncenter" width="277" caption="Demostración de un teorema gráficamente"]Ortocentro_Incentro[/caption]

Ejercicios


1-.Determinar un punto P en el interior del triángulo dado, desde el cual se vean sus tres lados bajo el mismo ángulo.

[caption id="attachment_13171" align="aligncenter" width="285" caption="triangulo"]triangulo[/caption]

2-.Dado un punto P y una recta r, situados a una distancia de 38mm, dibujar un ángulo de 45º con vértice en P que intercepte en r un segmento de 30mm.



3.- Construir un triángulo conocido un lado , su ángulo opuesto y una tercera condición.


Datos (Lado c, a, Ángulo A).


Incógnita (Construir triángulo ABC)




construir_triangulo_1






4.- Construir un triángulo rectángulo conocida la hipotenusa y una segunda condición


Datos (Hipotenusa a, ángulo C).


Incógnita (Construir triángulo rectángulo ABC)

construir_triangulo_2
Geometría métrica

Figura imposible [ Imagen ] [ wallpaper ]

figura imposible
Las denominadas figuras imposibles pueden constituir un ameno pasatiempo en el estudio de la geometría.
Su construcción mediante una herramienta de modelado como Blender, es un interesante ejercicio de aplicación de las nociones que se estudian en las perspectivas.


¿Qué forma debetener y qué punto de vista se ha de utilizar para crear esa apariencia engañosa? Una ilusión óptica capaz de engañar nuestros sentidos.




Ilusión óptica es cualquier ilusión del sentido de la vista, que nos lleva a percibir la realidad erróneamente. Éstas pueden ser de carácter psicológico asociados a los efectos de una estimulación excesiva en los ojos o el cerebro (brillo, color, movimiento, etc como el encandilamiento tras ver una luz potente) o cognitivo en las que interviene nuestro conocimiento del mundo (como el Jarrón Rubin en el que percibimos dos caras o un jarrón indistintamente). Las ilusiones cognitivas se dividen habitualmente en ilusiones de ambigüedad, ilusiones de distorsión, ilusiones paradójicas e ilusiones ficticias (alucinaciones).(W)



Un divertido juego que además es muy formativo.

La imagen se encuentra en formato Wallpaper 1280x1024 para ser usada como fondo de escritorio (pulsar sobre la imagen grande con el ratón)

[caption id="attachment_13186" align="aligncenter" width="602" caption="figura imposible"]figura imposible[/caption]

¿Te animas a intentar construir el modelo propuesto?

lunes, 5 de marzo de 2012

Geometría métrica : Ángulos en la circunferencia : Central e inscrito

angulo inscrito en una circunferenciaEn geometría métrica hay dos conceptos de medida sobre los que se basa su modelo axiomático: medidas lineales y medidas angulares.

La medida lineal se apoya en el teorema de Pitágoras y la relación entre este tipo de medidas en el teorema de Thales.

La medida angular la expresamos a partir de relaciones sobre una circunferencia y junto a las anteriores permiten describir la magnitud de las figuras geométricas.


  • Ángulo Central -. Es aquel que tiene su vértice en el centro en la circunferencia y tiene por medida el arco comprendido.

  • Ángulo inscrito -. es aquel que tiene su vértice en la circunferencia y sus lados son cuerdas.


[caption id="attachment_12405" align="aligncenter" width="340" caption="Ángulos central e inscrito"]angulos central e inscritos a circunferencia[/caption]

Un ángulo inscrito mide la mitad del ángulo central que abarca el mismo arco.



La suma de ángulos internos de un triángulo es igual a dos rectos, por lo que en el triángulo CBP, que es isósceles (dos ángulos iguales) se cumplirá la relación:


Angulos_internos_triangulo


Por lo que tendremos que


Angulo_llano


Y como consecuencia deduciremos que el ángulo central es el doble que el inscrito


Relacion_angulo_central_inscrito


Es fácil generalizar este concepto para posiciones del punto P que no sean tan particulares, ya que podemos descomponer el ángulo en dos y aplicar el mismo razonamiento.




[caption id="attachment_12408" align="aligncenter" width="344" caption="Relacion entre los ángulos central e inscrito"]Relacion angulos central e inscrito[/caption]

Por ejemplo, si desplazamos el punto P a lo largo de la circunferencia, el ángulo central será la suma de los dos ángulos centrales en que se puede descomponer, siendo por tanto indiferente la posición del punto P.




[caption id="attachment_13153" align="aligncenter" width="449" caption="Angulo central e inscrito"]Angulo_central_e_inscrito[/caption]

Ejercicios


[caption id="attachment_13159" align="aligncenter" width="421" caption="Ejemplos angulos inscritos"]Ejemplos_angulos_inscritos[/caption]

Geometría métrica