Proposición 20

Si se toma, en el eje menor de una elipse, un punto cuya distancia al vértice de la sección es menor que la mitad del lado recto, pero mayor que la mitad del eje menor; si se divide el segmento comprendido entre el vértice y el centro de la sección de tal manera que la porción entre el punto de división y el centro sea a la distancia desde este mismo punto hasta el punto tomado primero como la razón del diámetro transverso es al lado recto; si, desde el punto así determinado, levantamos, perpendicular al eje, una recta que corta a la sección, y si conectamos el punto tomado en primer lugar con el punto de corte de esta recta, la recta de unión será la mayor de todas las que se puede trazar desde el punto que se ha tomado; mientras que, entre las otras rectas, la más cercana a esta última será mayor que la más lejana. Además, la diferencia entre el cuadrado de esta recta máxima y el cuadrado de cualquier otra recta trazada, es equivalente al rectángulo que, construido sobre el segmento comprendido entre el punto determinado y el pie de la perpendicular, es semejante al rectángulo de lados el diámetro tranverso y la diferencia de este diámetro y su lado recto.

Sea ABC una elipse , y sea AC su eje menor en el que se toma un punto D tal que CD > 1/2 AC, pero CD < 1/2(lado recto) . Sea E el centro y dividamos la recta EC en un punto M tal que EM/MD = diámetro tranverso/lado recto . Finalmente, elevemos, desde el punto M, la recta FM perpendicular a la recta AC , y tracemos la recta de unión FD . Digo que la recta FD es la mayor de las rectas que se pueden trazar desde el punto D a la sección; que la recta más cercana a cada lado es mayor que la más alejada, y que la diferencia entre el cuadrado de la recta FD y el cuadrado de cualquier otra recta es equivalente al rectángulo que, construido sobre el segmento comprendido entre el punto M y el pie de la perpendicular, es semejante al rectángulo que hemos determinado en las proposiciones anteriores.

Tracemos otras rectas cualesquiera DH, DG, DF, DL , y sea la recta DB perpendicular al eje . Hagamos CT = 1/2(lado recto) , y tracemos las perpendiculares HN, GK, LQ ; finalmente, tracemos la recta de unión ET que extendemos , y tracemos paralelas a la recta AC, como lo hicimos en proposiciones anteriores . Se tiene EC=1/2(eje menor) y CT=1/2(lado recto). Ya que, ME/DM=eje menor/lado recto, entonces ME/DM=EC/CT. Como, por semejanza de triángulos, se tiene, ME/MS= EC/CT, entonces ME/MS =ME/DM, de donde DM=MS, luego DM2 = DM·MS = 2△(MDS). Como MF2=2⏢(CTSM) [Prop. V.1], entonces DM2 + MF2= DF2= 2(△(MDS)+⏢(CTSM)). Por otra parte, GK2=2⏢(KCTJ) [Prop. V.1], y como DK=KI, entonces DK2=DK·KI=2△(KDI), luego DK2+GK2= DG2= 2(△(KDI)+⏢(KCTJ)). Entonces DF2-DG2=2(△(MDS)+⏢(CTSM)-△(KDI)-⏢(KCTJ))= 2△(KIS)=KM·JI. Ya que, se demuestra como en [Prop. V.16], KM/JI = AC/(2CT-AC), se tiene la semejanza del rectángulo de lados KM, JI y el rectángulo de lados AC, 2CT-AC, y JI=KM((2CT-AC)/AC), luego DF2-DG2=KM2((2CT-AC)/AC).

Se prueba paralelamente que DF2-DH2=MN2((2CT-AC)/AC).

Finalmente, la semejanza del triángulo con el triángulo isósceles da CD=CO, de donde CD2=CD·CO = 2△(DCO). Ya que, DF2 =2△(DCT), entonces DF2 - CD2 =2(△(DCT)-△(DCO))=2△(OTS)=CM·OT. Como, razonando de forma análoga, CM/OT=AC/(2CT-AC), de donde la semejanza del rectángulo de lados CM, OT y el rectángulo de lados AC, 2CT-AC y OT=CM((2CT-AC)/AC), luego DF2-CD2=CM2((2CT-AC)/AC).

Entonces, las relaciones precedentes dan DF2=DG2+KM2((2CT-AC)/AC)= DH2+MN2((2CT-AC)/AC)=CD2+CM2((2CT-AC)/AC). Como, KM < MN < CM, entonces DF > DG > DH > CD.

Además, DB2=2⏢(PADR)=2(△(PEA)-△(RED)) [Prop. V.3]. Ya que, DF2=2(△(MDS)+⏢(CTSM)) = 2(△(ECT)+△(DES))=2(△(PEA)+△(DES)), luego DF2-DB2=2(△(PEA)+△(BED)-△(PEA)+△(DES))=2△(RDS)=MS·DE=DM·ME.

Se demuestra, como en los casos anteriores, que DM/ME=AC/(2CT-AC), de donde la semejanza del rectángulo de lados DM, ME y el rectángulo de lados AC, 2CT-AC y ME=DM((2CT-AC)/AC), luego DF2-DB2=DM2((2CT-AC)/AC).

Finalmente, razonando de manera semejante, se tiene DF2-DL2= MQ2((2CT-AC)/AC).

La comparación de las relaciones anteriores dan pues, DF > DB > DL, luego la recta DF es la mayor de las rectas que se pueden trazar desde el punto D a la sección; entre las otras la más cercana es mayor que la más alejada y la diferencia entre el cuadrado de la recta DF y el cuadrado de otra recta cualquiera es equivalente al rectángulo, del tipo que hemos dicho, construido sobre el segmento comprendido entre el punto M y el pie de la perpendicular.

Del mismo modo también se demostrará que si la mitad del lado recto, es mayor que el diámetro transverso, es igual al eje menor, o si es mayor que él, entonces, de las rectas trazadas desde el punto D de la primera figura o del punto A de la segunda figura o desde un punto, como el punto D, fuera del punto A de la tercera figura, la mayor es la recta mencionada. Esto se demostrará para la segunda y tercera figura por un método similar al indicado para la primera figura.

Q. E. D.