Il concetto di luogo geometrico è fondamentale: descrive l’insieme di tutti e soli i punti che soddisfano una certa proprietà. I due esempi più importanti sono l’asse di un segmento e la bisettrice di un angolo, che ritroveremo studiando i punti notevoli del triangolo. La sezione introduce anche la distanza punto-retta e la nozione di teorema inverso.

The concept of a locus is fundamental: it describes the set of all and only the points that satisfy a certain property. The two most important examples are the perpendicular bisector of a segment and the bisector of an angle, which we will meet again when studying the notable points of a triangle. The section also introduces the point-line distance and the notion of the converse theorem.

Un luogo geometrico è un modo di descrivere una figura non tramite la sua forma, ma tramite una proprietà che i suoi punti — e solo essi — possiedono.

Definizione — Luogo geometrico

Un luogo geometrico è l’insieme di tutti e soli i punti che godono di una certa proprietà.

  • Tutti: ogni punto con quella proprietà appartiene al luogo (condizione sufficiente).
  • Soli: solo punti con quella proprietà appartengono al luogo (condizione necessaria).

I due luoghi geometrici più importanti del piano sono l’asse di un segmento e la bisettrice di un angolo.

Proprietà — Asse e bisettrice come luoghi

  • L’asse di un segmento è il luogo geometrico dei punti equidistanti dagli estremi.
  • La bisettrice di un angolo è il luogo geometrico dei punti equidistanti dai due lati.

A sinistra: i punti dell’asse sono equidistanti dagli estremi AA e BB. A destra: i punti della bisettrice sono equidistanti dai due lati dell’angolo.

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Argomenti: Geometria euclidea
Concetti: Asse del segmento · Bisettrice angolo · Luogo geometrico
Competenze: Geometria sintetica

A locus is a way of describing a figure not through its shape, but through a property that its points — and only they — possess.

Definition — Locus

A locus is the set of all and only the points that enjoy a certain property.

  • All: every point with that property belongs to the locus (a sufficient condition).
  • Only: only points with that property belong to the locus (a necessary condition).

The two most important loci of the plane are the perpendicular bisector of a segment and the bisector of an angle.

Property — Perpendicular bisector and angle bisector as loci

  • The perpendicular bisector of a segment is the locus of the points equidistant from the endpoints.
  • The bisector of an angle is the locus of the points equidistant from the two sides.

On the left: the points of the perpendicular bisector are equidistant from the endpoints AA and BB. On the right: the points of the bisector are equidistant from the two sides of the angle.

Topics: Euclidean geometry
Concepts: Perpendicular bisector of a segment · Angle bisector · Locus
Skills: Synthetic geometry

Parlare di punti “equidistanti dai lati” richiede una definizione precisa di distanza tra un punto e una retta. Tra tutti i segmenti che congiungono il punto alla retta, il più corto è quello perpendicolare.

Definizione — Distanza punto-retta

La distanza di un punto AA da una retta rr è la lunghezza del segmento AHAH, dove HH è il piede della perpendicolare da AA a rr.

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Argomenti: Geometria euclidea
Concetti: Altezza · Distanza punto retta · Retta

Talking about points “equidistant from the sides” requires a precise definition of the distance between a point and a line. Among all the segments joining the point to the line, the shortest is the perpendicular one.

Definition — Point-line distance

The distance of a point AA from a line rr is the length of the segment AHAH, where HH is the foot of the perpendicular from AA to rr.

Topics: Euclidean geometry
Concepts: Height · Point-line distance · Line

Dimostriamo una delle due implicazioni che caratterizzano l’asse come luogo geometrico: ogni punto equidistante dagli estremi appartiene all’asse.

Dimostrazione — Asse come luogo geometrico

Dimostriamo che se un punto CC è equidistante dagli estremi AA e BB di un segmento, allora CC appartiene all’asse di ABAB.

  1. Ipotesi. CACBCA\cong CB.
  2. Costruzione. Sia MM il punto medio di ABAB. Congiungiamo CC con MM.
  3. Osservo. I triangoli CMACMA e CMBCMB hanno: CACBCA\cong CB (ipotesi), AMMBAM\cong MB (costruzione), CMCM in comune.
  4. Deduco. Per il III criterio (SSS): CMACMB\triangle CMA\cong\triangle CMB.
  5. Deduco. Dunque CMA^CMB^\widehat{CMA}\cong\widehat{CMB}. Ma sono anche supplementari (CMA^+CMB^=π\widehat{CMA}+\widehat{CMB}=\pi), quindi CMA^=CMB^=π2\widehat{CMA}=\widehat{CMB}=\dfrac{\pi}{2}.
  6. Deduco. Segue CMABCM\perp AB nel punto medio MM: cioè CC sta sull’asse di ABAB.

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Collegamenti

Argomenti: Geometria euclidea
Concetti: Asse del segmento · Criteri congruenza · Dimostrazione · Luogo geometrico
Competenze: Dimostrare · Geometria sintetica

We prove one of the two implications that characterise the perpendicular bisector as a locus: every point equidistant from the endpoints lies on the perpendicular bisector.

Proof — The perpendicular bisector as a locus

We prove that if a point CC is equidistant from the endpoints AA and BB of a segment, then CC lies on the perpendicular bisector of ABAB.

  1. Hypothesis. CACBCA\cong CB.
  2. Construction. Let MM be the midpoint of ABAB. Join CC to MM.
  3. Observe. The triangles CMACMA and CMBCMB have: CACBCA\cong CB (hypothesis), AMMBAM\cong MB (construction), CMCM in common.
  4. Deduce. By the third criterion (SSS): CMACMB\triangle CMA\cong\triangle CMB.
  5. Deduce. Hence CMA^CMB^\widehat{CMA}\cong\widehat{CMB}. But they are also supplementary (CMA^+CMB^=π\widehat{CMA}+\widehat{CMB}=\pi), so CMA^=CMB^=π2\widehat{CMA}=\widehat{CMB}=\dfrac{\pi}{2}.
  6. Deduce. It follows that CMABCM\perp AB at the midpoint MM: that is, CC lies on the perpendicular bisector of ABAB.

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Topics: Euclidean geometry
Concepts: Perpendicular bisector · Congruence criteria · Proof · Locus
Skills: Proving · Synthetic geometry

Caratterizzare un luogo geometrico richiede in realtà di dimostrare due implicazioni: quella diretta e quella inversa. Ma attenzione: non sempre l’inverso di un teorema è vero.

Osservazione — Teorema inverso

Il teorema inverso di “Se aa allora bb” è “Se bb allora aa”. Non tutti i teoremi hanno un inverso valido.

Esempio: “insegnante universitario     \implies laureato” è vero, ma “laureato     \implies insegnante universitario” è falso.

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Argomenti: Geometria euclidea
Concetti: Dimostrazione · Teorema inverso
Competenze: Dimostrare

Characterising a locus actually requires proving two implications: the direct one and the converse one. But beware: the converse of a theorem is not always true.

Remark — Converse theorem

The converse theorem of “If aa then bb” is “If bb then aa”. Not all theorems have a valid converse.

Example: “university lecturer     \implies graduate” is true, but “graduate     \implies university lecturer” is false.

Topics: Euclidean geometry
Concepts: Proof · Converse theorem
Skills: Proving