los niños de 6º de primaria ya saben que el área de un
círculo de radio R es igual a π·R2. conocer esta fórmula y
utilizarla no es excesivamente difícil. pero demostrarla ya es un problema de
nivel universitario.
supongamos una circunferencia centrada en el origen. cada
uno de sus puntos se puede situar por sus coordenadas {x,y}, que serán las
proyecciones horizontal y vertical del radio. nos será útil expresarlas en
función del ángulo α que forma el radio con uno de los ejes, pongamos que sea el
horizontal.
la ecuación de la circunferencia es x2+y2=R2.
efectivamente, por el teorema de pitágoras, las coordenadas de los puntos son
los catetos de un triángulo rectángulo cuya hipotenusa es el radio.
esta ecuación se puede desdoblar en dos funciones: y=±√(R2–x2).
las ramas de signo positivo y negativo se corresponden con la
semicircunferencia superior y la semicircunferencia inferior, respectivamente.
para calcular el área del círculo interior a la
circunferencia, nos resultará más cómodo calcular el área de un cuarto de
círculo y multiplicarla por 4. hasta ahí, de acuerdo. el problema viene en la
integral que hay que resolver.
realizaremos el siguiente cambio de variable: x=R·cosα.
también habrá que cambiar los límites de integración. x=0 se corresponde con el
radio vertical, por lo que α=π/2 (90º); en x=R el radio está horizontal, con lo
cual α=0.
ya “sólo” queda resolver la integral. en primer lugar, el
signo negativo lo compensamos intercambiando los límites de integración; R2,
al ser una constante, puede salir fuera de la integral; aplicamos la igualdad
sen2α+cos2α=1; recordamos la expresión que relaciona el
cuadrado del seno con el coseno del ángulo doble; y por último, integramos
entre 0 y π/2.
y por fin llegamos a donde ya sabíamos: el área del círculo
es π·R2. ya veis cuántos cálculos hay detrás de una fórmula
aparentemente tan sencilla. y reconozco que los he explicado un poco
apresuradamente, porque de otro modo esta entrada habría sido interminable...
la forma circular se encuentra en muchos lugares. por
ejemplo, en algunas fuentes como la que hay en la plaza de san juan de la cruz,
cerca del intercambiador de nuevos ministerios. por allí paso siempre para ir a
dar clases a una niña que ya ha tenido que vérselas con las circunferencias y
los círculos...