rotazione di coordinate


Consideriamo in nero un sistema di coordinate in cui il punto P abbia coordinate (che chiameremo vecchie coordinate)
P = (x,y)
Consideriamo poi in rosso un altro sistema di coordinate in cui il punto P sara' individuato da (nuove coordinate)
P = (X,Y)
Sappiamo inoltre che i nuovi assi sono ruotati attorno all'origine rispetto ai vecchi assi dell'angolo α
Allora osserva la figura: dobbiamo trovare il segmento OH (x) utilizzando le nuove coordinate X e Y
calcoleremo OH come differenza fra OA ed AH
Considerando il triangolo OAR per i teoremi sui triangoli rettangoli in trigonometria abbiamo
OA = OR cos α = X cos α
Ora considero il triangolo PBR essendo BR = HA;
l'angolo BPR vale α
per i teoremi sui triangoli rettangoli in trigonometria abbiamo
AH = BR = PR sen α = Y sen α
quindi abbiamo
OH = OA - AH = X cos α - Y sen α
quindi posso scrivere

x = X cos α - Y sen α

Troviamo la formula equivalente per la y
Osserva la figura a destra: dobbiamo trovare il segmento OK (y) utilizzando le nuove coordinate X e Y
calcoleremo OK come somma fra OD e DK
Considerando il triangolo ODS per i teoremi sui triangoli rettangoli in trigonometria abbiamo
OD = OS cos α = Y cos α
Ora considero il triangolo PES essendo PE = KD;
l'angolo PSE vale α
per i teoremi sui triangoli rettangoli in trigonometria abbiamo
KD = PE = PS sen = X sen α
quindi abbiamo
OK = OD + DK = X sen α + Y cos α
quindi posso scrivere

y = X sen α + Y cos α

Poiche' negli esercizi dovremo sostituire le nuove coordinate alle vecchie conviene considerare solamente le formule con prima dell'uguale le vecchie coordinate;

Raccogliendo, le equazioni per la rotazione di coordinate saranno
x = X cos α - Y sen α
y = X sen α + Y cos α

per ricavare le formule inverse possiamo usare il metodo di sostituzione (pero' qui lo saltiamo) e troviamo
X = x cos α + y sen α
Y = -x sen α + y cos α

Particolarmente importanti sono le formule per una rotazione di 45°
sapendo che
sen α = 2/2     cos α = 2/2     avremo

x = X 2 /2 - Y 2 /2
y = X 2 /2 + Y 2 /2

Come esercizio dimostriamo che l'equazione dell'iperbole equilatera
x2 - y2 = a2
con una rotazione di 45° si trasforma nell'equazione dell'iperbole equilatera riferita ai propri assi
XY = K     soluzione

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