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用尺子和圆规建造

没有标记的尺子和指南针:仅用这两种工具,希腊人就可以完全精确地绘制中点、垂直线和平行线。 谁发现的 经典结构位于欧几里得(公元前300)的几何原本中:垂直平分线和中点(命题I.10),角平分线 (I.9)、垂直一点(I.11 和 I.12)和平行一点(I.31)。只使用没有标记的尺子和圆规的规则来自欧几里得的前三个公设:通过两点画一条直线,延长它并以任意圆心和半径画一个圆。 故事 对于希腊人来说,建筑是以绘图形式进行的演示:每一步都需要通过已经证明的结果来证明其合理性。这就是为什么有刻度的尺子不值得——测量是近似,建造是保证。 两千多年来,三个著名的问题一直困扰着这些工具:将任何角度分成三等分,构造一个体积是另一个体积两倍的立方体,以及构造一个与圆面积相同的正方形。 19 世纪,Pierre Wantzel (1837) 和 Ferdinand von Lindemann (1882) 证明仅用尺子和指南针就可以实现这三个目标不可能。 在日常生活中 **木工和金属制品。**干点罗盘标记中心,将零件分成两半并绘制垂直线,而无需正方形。 技术制图。 CAD 程序和 GeoGebra 的“垂直平分线”、“角平分线”和“垂直”工具重复了欧几里得的构造。 园艺。 使用两根木桩和一根绳子,您可以标记圆形花坛或垂直于墙壁的线。 四种构造 在每个图中,拖动点并一次前进一步。用真正的尺子和圆规在纸上重复构建。 垂直平分线 和中点 Definição · 垂直平分线 线段 $\overline{AB}$ 的 垂直平分线 是通过其中点垂直于 $\overline{AB}$ 的线。 垂直平分线 上的每个点与 $A$ 和 $B$ 的距离相同。 垂直平分线的构造:点P和Q到A和B的距离相同。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. 为什么会起作用? 圆弧具有相同的半径,因此 $PA = PB$ 和 $QA = QB$。距$A$和$B$等距离的点组成垂直平分线;由于其中有$P$和$Q$,所以直线$PQ$就是垂直平分线。

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投影和距离

物体在太阳上方的投影是正交投影。工程师们将这个想法变成了至今仍在使用的绘图方法。 谁发现的 将数字投影到平面上的想法很古老——日晷已经可以读取晷针的投影阴影。将其转化为方法的人是法国人加斯帕德·蒙日 (1746–1818),画法几何的创造者。蒙日通过物体在两个垂直平面(平面图和立面图)上的正交投影来表示物体,从而在纸上解决了构造问题。点到直线的距离作为垂线的长度是欧几里德的几何原本的经典结果。 加斯帕德·蒙日.Мурад Зиналиев · 维基共享资源 · CC BY-SA 4.0 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 蒙日作为梅济耶尔军校的绘图员,在 1765 左右开发了这种方法,无需长时间计算即可计算防御工事。多年来,该方法一直被视为军事机密。直到法国大革命之后,他才能够在新创建的巴黎理工学院公开教授它,并在1799中发表。 日晷:投射在表盘上的杆(晷针)的影子指示时间。欧拉之眼博客的集合。 每个建筑计划和每个零件的技术图纸仍然遵循蒙日的预测。 3D 建模程序使用投影来生成对象的前视图、俯视图和侧视图。 在日常生活中 **房产平面图。**平面图是房屋在地面上的正交投影。 正午的阴影。 当太阳处于高度时,倾斜的棍子的影子就是它在地面上的投影,并且始终小于棍子。 **到道路的距离。**从房屋到直路的距离是通过垂直线(可能的最小线段)来测量的。 等距离。 桌子与两个角墙距离相同的位置位于它们之间的角度的 角平分线 上。 来源: Monk (MacTutor) · 元素,命题 I.12。 理论与结构 Definição · 正交投影 点 $P$ 在直线 $r$ 上的投影(正交)是 $r$ 到 $P$ 的垂线与 $r$ 相切的点 $P^{\prime}$。如果 $P \in r$,则 $P^{\prime} = P$。 线段 $\overline{AB}$(不垂直于 $r$)在 $r$ 上的投影是线段 $\overline{A^{\prime}B^{\prime}}$,其中 $A^{\prime}$ 和 $B^{\prime}$ 是 $A$ 和 $B$ 的投影。 垂直线段和斜线段 通过 $r$ 之外的点 $P$,我们绘制垂直线段 $\overline{PP^{\prime}}$ 和倾斜线段 $\overline{PA}$、$\overline{PB}$、……直到 $r$。

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垂线的存在性和唯一性

从直线之外的一点,如何降低与该直线的垂线?这是为数不多的有注册作者姓名的老期刊之一。 谁发现的 Proclus 归因于希俄斯岛的 Enopides(公元前 5 世纪)首次研究了通过直线之外的一点画垂直线的问题;奥诺皮德斯将这条线称为“日晷线”,指的是日晷的垂直杆日晷。经典的解决方案在欧几里得的几何原本中:命题I.11将垂直线提高一点,而I.12将垂直线降低在线外一点。 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 欧几里得的构造很简单:以一点为圆心,画一个圆,在两点处与直线相交;垂线穿过它们之间的中点。证明使用全等三角形——与前一章相同的方法。 外点与弦两端的距离相等;将其连接到中点会产生垂线。来自博客的原始教学插图。 垂直平分线 是一条穿过线段中点的垂线,它的重要性远远超出了学校几何。在 1854 中,John Snow 医生绘制了伦敦霍乱死亡病例的地图,并将每个病例与最近的水泵联系起来,并按距离划分了社区。用点之间的 垂直平分线 划分区域——“Voronoi 图”——仍然用于决定哪所学校、医院或天线服务于哪个地址。 约翰·斯诺.作者身份不明;查看源代码 · 维基共享资源 · 公共领域 在日常生活中 **到边缘的最短路径。**从直线之外的点到该点的最短路径是垂直线。任何游到泳池边缘的人都遵循这条线。 **建筑物的高度。**高度是垂直于地板测量的,而不是沿着倾斜的楼梯测量的。 垂直平分线。 与两所学校距离必须相同的公交车站位于连接两所学校的路段的 垂直平分线 上。 **蜂窝网络。**您的手机通常连接到最近的天线;每个天线区域之间的边界遵循 垂直平分线。 来源: Enópides (MacTutor) · 元素,命题 I.12 · 元素,命题 I.11。 理论与结构 Teorema · 垂直于直线上的一点 在平面中,经过直线 $r$ 上的点 $P$,会经过一条垂直于 $r$ 的单直线 $s$。 **存在性:**通过传递角度,我们在$r$的半平面之一构造与直角全等的角$s_1\hat{P}r_1$;包含 $s_1$ 的线 $s$ 垂直于 $r$。 **唯一性:**如果通过 $P$ 的两条不同的直线 $x$ 和 $y$ 垂直于 $r$,则同一半平面中的光线 $Px_1$ 和 $Py_1$ 将与 $Pr_1$ 形成两个不同的直角 - 这与角度传递相矛盾。

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定义——直角

墙壁、正方形、纸张:建筑世界充满了直角。 谁发现的 早在直角被定义之前,埃及人、巴比伦人、印度人和中国人就在实践中使用了直角。巴比伦平板电脑普林普顿 322(约公元前 1800)列出了形成直角三角形的一组数字,例如 45、60 和 75 — 三角形 3-4-5 放大 15次 —,中文文本周笔算经带来了关于三角形3-4-5的著名图形。严格的定义来自欧几里德(定义I.10):当一条直线与另一条直线相交形成相等的邻角时,它们都是直线,并且直线与另一条直线垂直。 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 人们常说,埃及的“绳索担架”用12个结的绳子形成直角,形成三角形3-4-5。这是一个美丽的故事,但没有埃及文献证实它:它是 19 世纪历史学家的假设。众所周知,埃及建筑商以极高的精度制造直角。 欧几里得毕达哥拉斯定理(命题一47)的中文字母:在利玛窦和徐光启翻译的《几何原本》1607中,希腊标签变成了十个天干。来自博客的原始教学插图,根据欧拉之眼系列中的人物重新设计。 欧几里得将直角作为比较所有角度的标准,并在第四条公设中指出所有直角都相等。 垂直一词源自拉丁语perpendiculum,即铅垂线。 在日常生活中 瓦工尺 3-4-5。 要检查墙的垂直度,请在一侧标记 3 米,在另一侧标记 4 米,并检查对角线是否为 5 米。 **铅垂线和水平仪。**铅垂线表示垂直,水平仪表示水平,两者垂直。 纸张和画布。 A4 纸、照片和画布有直角;这允许堆叠、装配和对齐。 **十字路口。**以直角相交的街道为驾驶员提供了更多的视野。 来源: 元素,定义 I.10 · 巴比伦数学:普林普顿 322 (MacTutor) · 中国数学 (MacTutor)。 理论与结构 Definição · 垂直线 两条线垂直(符号$\perp$)当且仅当它们是并发的并且形成全等的补邻角: $$a \perp b \iff a \cap b = \lbrace P \rbrace \ \text{ e } \ a_1\hat{P}b_1 \equiv a_1\hat{P}b_2,$$其中,$a_1$ 是原点为 $P$ 的 $a$ 的光线之一,$b_1$、$b_2$ 是原点为 $P$ 的 $b$ 的相反光线。 如果两条射线(或两条线段)包含在垂直线中并且有公共点,则它们是垂直的。如果 $a_1 \perp b_1$,则角度 $a_1\hat{P}b_1$ 是右。