Algumas notas sobre ângulos de curvas e ortogonalidade:

A construção, que se segue, pretende ilustrar
  1. a determinação do inverso de um ponto exterior $P$ à circunferência de inversão, usando a construção da tangente tirada por $P$
  2. que a circunferência de centro em $P$ e raio $\overline{PT}$ é ortogonal à circunferência de inversão
  3. que o inverso $X'$ de um ponto $X$ da circunferência ortogonal à circunferência de inversão é um ponto da circunferência ortogonal
  4. .
Demonstraremos, logo de seguida.
Por favor habilite Java para uma construção interativa (com Cinderella).
Na figura podem deslocar $P$ livremente no plano e $X$ sobre a circunferência castanha.
  1. Toma-se um ponto O e uma circunferência (a vermelho) que definem $I(O,k)$ e toma-se um ponto genérico $P$ do exterior da circunferência. Os pontos $T$ de tangência à circunferência de inversão das tangentes tiradas por $P$ são os vértices de triângulos retângulos $OPT$ de hipotenusa $[OP]$: interseção da circunferência de inversão com uma circunferência de diâmetro $[OP]$. O inverso $P'$ de $P$ por $I(O,k)$ é o ponto de interseção da reta $OP$ com a reta definida por esses pontos de tangência
    De facto, da semelhança de triângulo $[OPT] \sim [OP'T]$, retângulos em $P$ e em $P'$, tira-se $$\frac{\overline{OP}}{\overline{OT}} =\frac{\overline{OT}}{\overline{OP'}} = \frac{\overline{TP}}{\overline{TP'}}$$ e $$\overline{OP}\times \overline{OP'}= \overline{OT}\;^2$$ Por ser $\overline{OT}=r$, $$\overline{OP}\times \overline{OP'}= r^2 =k$$
  2. $[PT]$ é raio da circunferência centrada em $P$ e que passa por $T$ (castanha) ao mesmo tempo é tangente à circunferência de inversão (vermelha) no ponto de interseção. Isso basta para garantir que as circunferências são ortogonais.
  3. Lembramos que vamos trabalhar a seguir com segmentos orientados. Quando escrevemos $AB$ é o mesmo que $B-A$, $BA$ é $A-B$, $AB=-BA$, $A-B=-(B-A)$, etc

    Tome-se um ponto $X$ da circunferência ortogonal à circunferência de inversão. $OX$ contém um diâmetro $[AB]$ da circunferência de inversão.Tome-se a reta que passa pelo centro $O$ da circunferência de inversão que corta esta em $A$ e $B$ e a ortogonal em $X$ e $Y$, Sabemos, por isso, terá de ser $(AB, YX)=-1$.
    O inverso $X'$ de $X$ foi determinado de modo a ser $$OX \times OX' = r^2=OB ^2$$. $Y=X'$?
    $$(AB, YX) =\frac{AY}{BY} / \frac{AX}{BX} =-1 \Leftrightarrow \frac{AY}{BY} = - \frac{AX}{BX}$$ e, em consequência, por ser $AY= AO+OY = OY-OA, BY= OB-OY, AX=AO+OX=OX-OA, BX=OX-OB$, $$\frac{OY - OA}{OB - OY} = - \frac{OX - OA}{OX - OB} $$ Como $AO=-BO$, fica $$\frac{OY+OB}{OB-OY}=-\frac{OX+OB}{OX-OB} \Leftrightarrow (OY+OB) \times (OX-OB) = (OB-OY) \times (OX+OB) $$ $$OY \times OX - OY \times OB +OB\times OX - OB^2 = OB\times OX +OB^2 -OY \times OX - OY \times OB \Leftrightarrow 2\times OY \times OX =2\times OB^2$$ ou seja $$OY \times OX =OB^2$$ $Y$ é inverso de $X$ por $I(O,k)$: $X' =Y $ é o inverso de $X$ e está sobre a circunferência de centro $P$ e raio $OT$, ortogonal à circunferência de inversão.
    Serve isto para demonstrar que uma circunferência ortogonal à circunferência de inversão tem por inversa ela própria, mas não ponto por ponto, como acontece com a circunferência de inversão em que cada ponto é inverso de si mesmo.
Estes processos juntam a determinação de conjugados harmónicos com a determinação de inversos, polaridade, ortogonalidade,...

Howard Eves, Fundamentals of Modern Elementary Geometry . Jones and Bartlett Pub. Boston:1992