La curiosa conexión entre el squircle y el lemniscato
Explora la relación única entre el squircle y la lemniscata en geometría.
Zbigniew Fiedorowicz, Muthu Veerappan Ramalingam
― 6 minilectura
Tabla de contenidos
Si alguna vez has visto un squircle, puede que hayas pensado que es solo un término fancy para un cuadrado redondeado. ¿Y qué tal el lemniscate? Suena como un nuevo paso de baile, ¿verdad? Bueno, ambas formas tienen algo de matemáticas interesantes detrás que no solo las conecta, sino que también nos da un poco de diversión en la geometría.
¿Qué es un Squircle?
Imagina un cuadrado que ha pasado demasiado tiempo en el spa—¡bordes redondeados y todo! Eso es básicamente un squircle. Es algo entre un círculo y un cuadrado. El squircle mantiene la forma básica de un cuadrado, pero suaviza las esquinas en curvas. Se siente un poco más amigable que un cuadrado regular, ¿no?
¿Qué es un Lemniscate?
Ahora, el lemniscate es un poco más exótico. Imagina un símbolo de infinito—esos dos lazos que parecen girar y dar vueltas para siempre. Esa es la forma general de un lemniscate. Es una curva llena de giros y vueltas, algo así como tratar de seguir el ritmo de tu programa de detectives favorito.
La Relación
Entonces, ¿qué pasa cuando juntamos nuestro amigable squircle y el retorcido lemniscate? Sorprendentemente, comparten una conexión profunda. El área del squircle puede relacionarse con la longitud del arco de un lemniscate. Piensa en ello como una amistad inusual—dos formas que se unen para revelar algo genial.
Puede que te estés preguntando: “¿Cómo se le ocurrió a alguien eso?” Bueno, implica un montón de matemáticas complejas que, a decir verdad, podrían hacer que tu cabeza dé vueltas más rápido que el propio lemniscate. Pero no te preocupes; no vamos a profundizar aquí.
Un Poco de Geometría
Cuando formas como el squircle y el lemniscate interactúan, crean patrones. Estos patrones se pueden medir. Imagina un gráfico de pastel—pero en lugar de porciones de pastel, tienes Áreas y bordes de curvas. Puede volverse bastante interesante.
Ahora, para explorar esta relación, usamos algo llamado Coordenadas polares. Esto puede sonar como un sistema GPS fancy para formas, pero es solo una forma diferente de describir ubicaciones en el espacio. En lugar de usar coordenadas x e y, las coordenadas polares utilizan ángulos y distancias. ¡Así podemos encontrar nuestro squircle y lemniscate sin perdernos!
La Longitud del Arco y el Área
Para entender mejor la relación, podemos pensar en áreas y longitudes. El squircle tiene un área—como cuánto pastel tienes si fuera un pastel redondo. Mientras tanto, el lemniscate tiene su longitud de arco, como medir la distancia alrededor de un lazo de cinta.
Podrías decir que el squircle es un gran lugar para mostrar tu área, mientras que el lemniscate está ocupado girando alrededor de la cinta de su longitud. Cuando comienzas a medir estas cantidades, algo mágico sucede—los números muestran una conexión entre ellos.
Una Prueba Más Simple
Ahora, no nos enredemos en charlas de matemáticas complicadas. Hay una manera simple de probar esta conexión que no requiere muchas matemáticas complejas. Imagina usar una regla y un recorte de cartón de cada forma. ¿Y si trazas los bordes del squircle y el lemniscate? Comenzarías a ver cómo se reflejan mutuamente en tamaño y forma.
En términos más simples, solo al averiguar las longitudes y áreas de estas dos formas, puedes sacar algunas conclusiones sin necesidad de adentrarte en aguas turbias de matemáticas avanzadas. Es casi como hornear un pastel—¡sigue la receta y tendrás un resultado delicioso!
Visualización
Para realmente entender esta relación, verlo es creerlo. Imagina dos imágenes: una mostrando el squircle y otra ilustrando el lemniscate. Si puedes ver las áreas sombreadas y las líneas gruesas representando las longitudes de arco, comienza a contar una historia.
El squircle tiene una buena área, mientras que el lemniscate presume de sus longitudes de arco. Cuando pones ambas imágenes una al lado de la otra, casi puedes oírlas charlando sobre sus similitudes.
Un Poco de Humor en Geometría
Sabes, las formas también tienen sentimientos. El squircle probablemente piensa que es el amigo más accesible, mientras que el lemniscate es el genial y retorcido que todos adoran comentar. Pero juntos, ¡hacen una gran pareja!
La Imagen Más Grande
Ahora, ¿por qué todo esto importa? Explorar las relaciones entre formas simples abre puertas a conceptos matemáticos más profundos. Es como encontrar un nuevo camino en un vecindario familiar—de repente, notas nuevas tiendas y parques que no sabías que existían.
Entender cómo se relacionan estas formas puede llevar a nuevos descubrimientos en geometría, que es clave en varios campos como ingeniería, física e incluso gráficos por computadora. Mejora tu conocimiento, y quién sabe qué aplicaciones increíbles podrías inventar.
Conexiones con Otros Conceptos
Esto no es solo una historia sobre dos formas. Se conecta con ideas más grandes en matemáticas. Por ejemplo, ¿alguna vez has pensado en cómo entender un concepto puede ayudarte con otros? Es como saber montar en bicicleta, podría ayudarte a entender cómo andar en patineta.
Tanto el squircle como el lemniscate son parte de una familia más grande de formas y curvas. Se conectan con cosas como círculos, hipérbolas y figuras más complejas. Cada una contribuye al mundo más amplio de las matemáticas, aportando su propio sabor único a la mezcla.
Pensamientos Finales
Así que, la próxima vez que veas un squircle o un lemniscate, tómate un momento para apreciar su amistad peculiar. Son más que solo formas; son lecciones valiosas en geometría y relaciones. ¿Quién diría que dos curvas podrían llevar a una exploración tan agradable de las matemáticas?
Al final, las matemáticas no tienen que ser intimidantes. Pueden estar llenas de conexiones, humor y sorpresas inesperadas. Así como al mirar ese squircle y lemniscate, se trata de ver la imagen más grande y disfrutar del proceso. ¡Feliz exploración!
Título: An Elementary Proof of a Remarkable Relation Between the Squircle and Lemniscate
Resumen: It is well known that there is a somewhat mysterious relation between the area of the quartic Fermat curve $x^4+y^4=1$, aka squircle, and the arc length of the lemniscate $(x^2+y^2)^2=x^2-y^2$. The standardproof of this fact uses relations between elliptic integrals and the gamma function. In this article we generalize this result to relate areas of sectors of the squircle to arc lengths of segments of the lemniscate. We provide a geometric interpretation of this relation and an elementary proof of the relation, which only uses basic integral calculus. We also discuss an alternate version of this kind of relation, which is implicit in a calculation of Siegel.
Autores: Zbigniew Fiedorowicz, Muthu Veerappan Ramalingam
Última actualización: Dec 6, 2024
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2411.19864
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.19864
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.
Gracias a arxiv por el uso de su interoperabilidad de acceso abierto.
Enlaces de referencia
- https://www.youtube.com/watch?v=mAzIE5OkqWE&t=3s
- https://ia801605.us.archive.org/23/items/glejeunedirichl01dirigoog/glejeunedirichl01dirigoog.pdf
- https://ia601305.us.archive.org/14/items/exercicesdecalc00legegoog/exercicesdecalc00legegoog.pdf
- https://web.archive.org/web/20041220213524id_/
- https://math.berkeley.edu:80/~adlevin/Lemniscate.pdf
- https://www.youtube.com/watch?v=gjtTcyWL0NA
- https://www.researchgate.net/publication/303865545_Squigonometry_Hyperellipses_and_Supereggs
- https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_function
- https://en.wikipedia.org/wiki/Lemniscate_constant
- https://en.wikipedia.org/wiki/Lemniscate_elliptic_functions
- https://en.wikipedia.org/wiki/Squigonometry
- https://en.wikipedia.org/wiki/Squircle