Ejercicios: Lugares geométricos

Un joven entrena a su perro en un terreno abierto. El perro está sujeto a una correa extensible de $5$ pies de longitud máxima, anclada a una estaca clavada en el suelo. Dibuja y describe el lugar geométrico que representa la zona máxima por la que puede moverse el perro si mantiene la correa siempre tensa.

Dos pueblos, Pueblo A y Pueblo B, están situados a una distancia de $8$ millas entre sí. Las autoridades quieren construir una parada de autobús que esté exactamente a la misma distancia de ambos pueblos. ¿En qué línea o lugar geométrico deben situar la parada? Represéntalo gráficamente en tu cuaderno.

En un museo, dos paredes forman un ángulo de $70^\circ$. Se desea instalar una vitrina que esté situada siempre a la misma distancia de ambas paredes. Dibuja el ángulo y traza el lugar geométrico donde se podrían colocar los objetos de la vitrina. ¿Cómo se llama técnicamente esta línea?

Identifica el punto notable del triángulo que se describe en cada caso:

1. a) Es el punto que equidista de los tres vértices del triángulo.
2. b) Es el punto donde se cortan las tres alturas de un triángulo.
3. c) Es el centro de la circunferencia inscrita al triángulo (la que toca sus tres lados).
4. d) Es el centro de gravedad del triángulo y el punto donde se cortan las medianas.

Dibuja en tu cuaderno un triángulo cuyos lados midan $6$ pulgadas, $8$ pulgadas y $10$ pulgadas. Traza sus tres mediatrices y marca el punto donde se cortan. Comprueba, usando el compás, que ese punto es el centro de una circunferencia que pasa por los tres vértices. ¿Qué nombre recibe ese punto?

Un parque tiene forma triangular. Se quiere instalar una fuente de modo que la distancia de la fuente a cada uno de los tres caminos (lados del parque) sea la misma.

1. a) ¿Qué rectas notables del triángulo tendrías que dibujar para encontrar la ubicación?
2. b) ¿Cómo se llama el punto resultante?

Se ha diseñado un nuevo carril de bicicletas recto que pasa por el centro de una ciudad. Por seguridad, no se permite construir ninguna edificación a menos de $15$ pies de dicho carril. Describe el lugar geométrico que delimita la zona prohibida a ambos lados del carril de bicicletas y dibuja un esquema sencillo.

¿Es posible que en un triángulo coincidan el circuncentro, el incentro, el baricentro y el ortocentro en un mismo punto? En caso afirmativo, indica qué tipo de triángulo debe ser y dibújalo marcando dicho punto.

En el patio de una escuela secundaria, dos antenas de Wi-Fi están situadas en los puntos $A$ y $B$, separados por una distancia de $12$ pies. Un estudiante busca un lugar para sentarse donde reciba la misma intensidad de señal de ambas antenas.

1. a) Describe qué lugar geométrico forman todos los puntos que están a la misma distancia de $A$ y de $B$.
2. b) Si el estudiante además quiere estar exactamente a $10$ pies de la antena $A$, ¿en cuántos puntos posibles del patio podría situarse? Explica qué figuras geométricas tendrías que dibujar para encontrarlos.

Un ayuntamiento quiere instalar una farola en una pequeña plaza de forma triangular cuyos vértices están situados en los puntos $P$, $Q$ y $R$. Han decidido que la farola debe estar a la misma distancia de las tres esquinas (vértices) de la plaza para que la iluminación sea equilibrada.

1. a) ¿Cómo se llama el punto notable del triángulo donde deben instalar la farola?
2. b) ¿Qué rectas notables del triángulo es necesario trazar para localizar dicho punto? Dibújalo de forma esquemática.

Dos calles rectas de un barrio, la Calle Mayor y la Calle Menor, se cruzan formando un ángulo de $60^\circ$. Se quiere colocar un bote de basura que cumpla dos condiciones: que esté a la misma distancia de ambas calles y que diste exactamente $5$ pies del punto de intersección de las calles.

1. a) Define el lugar geométrico que cumple la primera condición.
2. b) Utiliza el concepto de lugar geométrico para explicar cómo determinarías la posición exacta del bote de basura. ¿Cuántas soluciones posibles existen en total?

En un entrenamiento de fútbol, se coloca un balón en un punto que dista lo mismo de las dos líneas de banda (paralelas entre sí). Si el ancho de la cancha es de $60$ pies:

1. a) Describe el lugar geométrico donde puede estar el balón.
2. b) Si el entrenador añade una restricción y dice que el balón debe estar a $20$ pies de un banderín de córner específico, dibuja el esquema de la situación e identifica los puntos que cumplen ambas condiciones.

Un diseñador gráfico está creando un logotipo basado en un triángulo escaleno. Quiere inscribir una circunferencia en el interior del triángulo de modo que sea tangente a los tres lados.

1. a) ¿Qué punto notable del triángulo debe ser el centro de esta circunferencia?
2. b) Si la distancia desde ese centro a uno de los lados es de $3$ pulgadas, ¿cuál será la distancia a los otros dos lados? Justifica tu respuesta basándote en la definición de dicho lugar geométrico.

Tres amigos, Alba, Bruno y Carla, están situados en un parque formando un triángulo. Alba y Bruno están a $10$ pies de distancia. Carla observa que ella se encuentra en un punto tal que el ángulo formado por las visuales hacia Alba y Bruno es siempre de $90^\circ$.

1. a) ¿Cómo se llama el lugar geométrico donde se encuentra Carla?
2. b) Si Carla se mueve manteniendo siempre ese ángulo de $90^\circ$ respecto a sus amigos, ¿qué figura geométrica describiría su trayectoria?

Se ha diseñado un juego de mesa donde una ficha debe colocarse en el "centro de gravedad" de una pieza triangular de cartón para que se mantenga en equilibrio sobre la punta de un lápiz. Los lados del triángulo miden $15$ pulgadas, $20$ pulgadas y $25$ pulgadas.

1. a) ¿Qué nombre recibe este punto de equilibrio en geometría?
2. b) Si trazamos una de las medianas de este triángulo, ¿en qué proporción divide el punto de equilibrio a dicha mediana? Expresa la relación entre la distancia del punto al vértice y la distancia del punto al lado opuesto.

Una empresa de logística quiere ubicar un almacén central que dé servicio a tres tiendas situadas en los puntos $A(2, 6)$, $B(2, 0)$ y $C(10, 0)$ (unidades en millas). Para minimizar los costos de transporte, el almacén debe estar a la misma distancia de las tres tiendas.

1. a) Determina las coordenadas del punto donde debe situarse el almacén mediante el estudio de las mediatrices.
2. b) ¿Cómo se llama el lugar geométrico de los puntos que están a una distancia de $5$ millas del punto $B$? ¿Estaría la tienda $C$ dentro de esa zona?

Un equipo de rescate de montaña recibe señales de dos excursionistas perdidos, situados en los puntos $A$ y $B$. El centro de mando sabe que los excursionistas están exactamente a la misma distancia entre sí, pero el helicóptero de rescate debe seguir una trayectoria rectilínea representada por una carretera secundaria $r$. Si en un mapa de coordenadas los puntos son $A(1, 6)$ y $B(5, 2)$, y la carretera sigue la dirección de la recta que pasa por $(0, 0)$ y $(8, 8)$, determina mediante razonamientos de lugares geométricos el punto exacto donde el helicóptero cruzará la línea donde podrían encontrarse los excursionistas.

Se desea instalar una antena de telefonía que dé servicio a tres pueblos situados en los vértices de un triángulo cuyos lados miden $13\text{ km}$, $14\text{ km}$ y $15\text{ km}$. El ingeniero jefe decide que la antena debe estar en el circuncentro del triángulo para que la distancia a los tres pueblos sea la misma. Si el área del triángulo es de $84\text{ km}^2$, calcula el radio de cobertura que debe tener la antena (la distancia desde el circuncentro a cualquiera de los vértices) sabiendo que en cualquier triángulo el radio de la circunferencia circunscrita cumple la relación $R = \frac{a \cdot b \cdot c}{4 \cdot \text{Área}}$.

En un parque de atracciones, una nueva atracción de "vuelo suspendido" sigue una trayectoria tal que la suma de sus distancias a dos torres de control fijas, $F_1$ y $F_2$, es siempre de $50\text{ metros}$. Las torres están separadas entre sí por una distancia de $30\text{ metros}$.

1. Identifica de qué lugar geométrico se trata.

2. Si situamos el centro de la trayectoria en el origen $(0,0)$, ¿cuál será la altura máxima que alcanzará la atracción respecto al eje que une las dos torres? (Ayuda: utiliza el teorema de Pitágoras con los semiejes de la figura).

Un arquitecto diseña una plaza triangular cuyos lados miden $30$, $40$ y $50$ pies. En el interior, quiere colocar una fuente que esté a la misma distancia de las tres calles (los tres lados del triángulo).

1. ¿Cómo se llama el lugar geométrico que determina la posición de la fuente?

2. Calcula la distancia de la fuente a cada una de las calles. (Ayuda: El área de un triángulo también se puede calcular como el producto del semiperímetro por el radio del círculo inscrito, $A = s \cdot r$).

Considera dos rectas secantes $r$ y $s$ que se cortan formando un ángulo de $60^\circ$. Se quiere dibujar una circunferencia de radio $10\text{ cm}$ que sea tangente a ambas rectas y esté situada dentro del ángulo de $60^\circ$ que muestra la figura.

1. Explica sobre qué línea debe encontrarse el centro de dicha circunferencia.

2. Calcula a qué distancia del punto de intersección de las dos rectas se debe situar el centro de la circunferencia. (Ayuda: Al unir el centro con el punto de tangencia se forma un triángulo rectángulo; usa las propiedades de los triángulos con ángulos de $30^\circ$ y $60^\circ$).

El "Arco Capaz" de un ángulo $\alpha$ sobre un segmento $AB$ es el lugar geométrico de los puntos desde los cuales se ve dicho segmento bajo el mismo ángulo $\alpha$. Si tenemos un segmento $AB$ de $8\text{ cm}$ de longitud, dibuja y describe el lugar geométrico para un ángulo de $90^\circ$. Justifica basándote en las propiedades de los ángulos inscritos por qué dicho lugar es una circunferencia de diámetro $AB$ y calcula su área.

Un faro emite una señal que solo se recibe a una distancia inferior a $10\text{ km}$. Una embarcación se mueve por una costa rectilínea $c$ que está a $8\text{ km}$ de distancia del faro en su punto más cercano.

1. Describe el lugar geométrico de los puntos de la costa que reciben la señal del faro.

2. Calcula la longitud del tramo de costa en el que la embarcación estará dentro del radio de alcance del faro.

En un triángulo isósceles $ABC$, con $AB = AC$, sabemos que el baricentro (punto donde se cortan las medianas), el ortocentro (punto donde se cortan las alturas) y el circuncentro (punto donde se cortan las mediatrices) están todos alineados sobre una misma recta.

1. ¿Cómo se llama esta línea recta que contiene a estos puntos notables?

2. Si la base $BC$ mide $12\text{ cm}$ y la altura correspondiente a esa base mide $9\text{ cm}$, determina la posición del baricentro respecto a la base justificando tu respuesta con la propiedad del lugar geométrico de las medianas.