matematicas visuales home | visual math home
Espiral equiangular

"Con respecto a los problemas en los que interviene un origen (o 'polo') fijo O, se suele encontrar que es conveniente determinar un punto P por medio de sus coordenadas polares

Coordenadas polares | matematicasVisuales

donde Coordenadas polares | matematicasVisuales es la distancia OP y Polar coordinates | matematicasVisuales es el ángulo que la dirección OP hace con una recta inicial dada, OX, que se puede identificar con el eje x de las coordenadas cartesianas rectangulares. Por supuesto, el punto Coordenadas polares | matematicasVisuales es igual a Coordenadas polares | matematicasVisuales para todo entero n " (Coxeter, p.141)

Usamos las coordenadas polares para describir muchas curvas. Por ejemplo, las espirales. Son convenientes para describir isometrías y semejanzas que tienen un punto invariante. Las podemos usar en trigonometría para definir el seno y el coseno de árgulos obtusos y mayores. Las coordenadas polares también están relacionadas con los números complejos.

Coxeter introduce la espiral equiangular (o espiral logarítmica) como resultado de una rotación delatativa continua (Coxeter, p. 155).

La ecuación polar de una espiral equiangular es:

Espiral equiangular: ecuación polar | matematicasVisuales

Recibe el nombre de equiangular porque el ángulo entre el radio vector y la recta tangente en cualquier punto de la espiral es constante.

Si phi | matematicasVisuales es el ángulo entre el vector posición OP y la tangente en P entonces (en general, en coordenadas polares)

Espiral equiangular: ecuación polar | matematicasVisuales

En el caso de la espiral equiangular, podemos escribir

Espiral equiangular: ecuación polar | matematicasVisuales

Calculando la derivada

Espiral equiangular: derivada | matematicasVisuales

Por lo tanto, la cotangente del ángulo es una constante.

Espiral equiangular: derivada | matematicasVisuales

Es decir que el ángulo entre el vector posición OP y la tangente en P es una constante y podemos escribir la ecuación de la espiral equiangular así:

Espiral equiangular: derivada | matematicasVisuales

Jacobo Bernouilli la llamó "spiral mirabilis".

Espiral equiangular: Podemos ver que el ángulo formado por el radio vector y la tangente es constante | matematicasVisuales
Podemos ver que el ángulo formado por el radio vector y la tangente es constante.
Espiral equiangular: Podemos ver que el ángulo formado por el radio vector y la tangente es constante | matematicasVisuales

En el siguiente applet podemos jugar con un caso particular: la espiral equiangular áurea. Esta espiral está relacionada con el rectángulo áureo.

Espiral equiangular: la espiral equiangular áurea | matematicasVisuales
En esta imagen podemos ver una espiral equiangular áurea.

REFERENCIAS

Coxeter - Fundamentos de Geometría. Ed. Limusa(pag. 141 y 155).
Steinhaus - Instantáneas matemáticas. Ed. Salvat (pag. 132).
D'Arcy Thompson - Sobre el crecimiento y la forma. Ed. Cambridge.

MÁS ENLACES

Espiral equiangular que pasa por dos puntos
Hay infinitas espirales equiangulares que pasan por dos puntos.
Espiral áurea
La espiral áurea se contruye a partir de rectángulos áureos y es una aproximación simple a una espiral equiangular.
Rectángulo áureo y dos espirales equiangulares
Dos espirales equiangulares contienen los vértices de rectángulos áureos.
La proporción áurea
A partir de la definición de Euclides de la división de un segmento en su razón media y extrema introducimos una propiedad de los rectángulos áureos y deducimos la ecuación y el valor de la proporción áurea.
Rectángulo áureo
Un rectángulo áureo se puede descomponer en un cuadrado y otro rectángulo áureo.
Rectángulo áureo y rotación dilatativa
Un rectángulo áureo se descompone en un cuadrado y otro rectángulo áureo. Estos rectángulos están relacionados por una rotación dilatativa.
El dodecaedro regular
Algunas propiedades de este sólido platónico y su relación con la razón áurea. Construcción de dodecaedros (y otros poliedros relacionados) usando diferentes técnicas.
Durero y transformaciones
Durero estudió transformaciones aplicadas a figuras para, por ejemplo, modificar caras y generar otras caras o caricaturas. Algunas de estas transformaciones son afinidades.
El icosaedro y su volumen
Los veinte vértices de un icosaedro están en tres rectángulos áureos. A partir de esta propiedad podemos calcular el volumen del icosaedro.
Leonardo da Vinci: Dibujo del dodecaedro para La Divina Proporción de Luca Pacioli
Leonardo da Vinci realizó varios dibujos de poliedros para La Divina Proporción de Luca Pacioli. Aquí podemos ver una adaptación de su dodecaedro.
Multiplicando dos números complejos
Se puede ver como una rotación dilatativa.