Arbelo

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Sul diametro \overline{AB} di un semicerchio si fissa un punto qualsiasi O, e si descrivono 2 semicirconferenze di diametro \overline{AO} e \overline{OB} interne al semicerchio dato. La figura che ne risulta, limitata dalle 3 semicirconferenze, è stata oggetto di studio da parte di Archimede.

Posto \overline{OA} = a e \overline{OB} = b la superficie dell'arbelo che indichiamo con ζ è:

\zeta  = \frac{\pi }{2}\left[ {\left( {\frac{{a + b}}{2}} \right)^2  - \left( {\frac{a}{2}} \right)^2  - \left( {\frac{b}{2}} \right)^2 } \right] = \frac{\pi }{4}ab


Indicato con h il segmento \overline{OC} innalzato perpendicolarmente ad \overline{AB} fino ad incontrare la semicirconferenza maggiore in C, per il secondo teorema di Euclide:

\zeta  = \left( {\frac{h}{2}} \right)^2 \pi

Se indichiamo con \varsigma la lunghezza del contorno dell'arbelo si ha:

\varsigma  = \frac{\pi }{2}\left( {a + b + a + b} \right) = \left( {a + b} \right)\pi

Cerchi di Archimede

Fissiamo ora un sistema di assi cartesiani x \widehat{O} y come indicato dalla figura.

Per il famoso teorema di Archimede i cerchi iscritti nei 2 triangoli curvilinei ,detti cerchi di Archimede, sono congruenti ed hanno il medesimo raggio R:

R = \frac{{ab}}{{2\left( {a + b} \right)}}

Indicati con C1 e con C2 i centri dei 2 cerchi di Archimede rispettivamente tangenti ad α e a β si ricava facilmente che (vedi figura di sotto):

\left \{ \begin{matrix} x_{C_1 }  =  - R =  - \frac{{ab}}{{2\left( {a + b} \right)}} \\ x_{C'_1 }  = \,\,R = \,\,\,\, \frac{{ab}}{{2\left( {a + b} \right)}} \end{matrix} \right.

e

\left \{ \begin{matrix} y_{C_1 }  = \sqrt {\left( {\frac{a}{2} + R} \right)^2  - \left( {\frac{a}{2} - R} \right)^2 }  = \sqrt {aR}  = a\sqrt {\frac{b}{{2\left( {a + b} \right)}}}  \\ y_{C'_1 }  = \sqrt {\left( {\frac{b}{2} + R} \right)^2  - \left( {\frac{b}{2} - R} \right)^2 }  = \sqrt {bR}  = b\sqrt {\frac{a}{{2\left( {a + b} \right)}}} \end{matrix} \right.


I 2 cerchi sono simmetrici rispetto all'asse y solo se

a\sqrt {\frac{b}{{2(a + b)}}}  = b\sqrt {\frac{a}{{2(a + b)}}}  \Leftrightarrow a = b

Cerchi di Apollonio

See also: Arbelo, Archimede, Area, Diametro, Lingua greca, Raggio, Segmento, Triangolo