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长方形、菱形和正方形

对角线可以告诉我们很多关于四边形的信息。在矩形内,它们相等;在菱形中,垂直;在广场上,两者。 谁发现的 广场对角线上最著名的文献是巴比伦石板YBC 7289,大约来自公元前1800–1600,今天在耶鲁大学。它显示一个带有对角线的正方形,值为 $\sqrt{2}$,误差小于百万分之一。矩形和菱形的对角线的性质源自欧几里德的几何原本的平行四边形定理。 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 写在平板电脑上的数字以 60 为基数,为 1;24,51,10,即 $1 + \tfrac{24}{60} + \tfrac{51}{60^2} + \tfrac{10}{60^3} \approx 1{,}414213$。没有人确切知道抄写员是如何计算的;一个假设是他们使用了一种逐次逼近的方法,现在的名称为 Heron。 亚历山大的苍鹭,后来的艺术表现。作者身份不明 · 维基共享资源 · 公共领域 希腊人后来发现正方形的对角线和边没有共同的度量——这是 $\sqrt{2}$ 不是分数的第一个已知证明。毕达哥拉斯学派的这一发现改变了我们对数字和长度的思考方式。 在日常生活中 检查正方形。 瓦工和木匠测量形状、门或绘画的两条对角线:如果它们相同,则平行四边形是矩形。 栅栏和栏杆。 金属丝网形成菱形;垂直的对角线允许画布拉伸而不会撕裂。 **风筝。**风筝的交叉枝条是垂直的对角线。 **A4纸。**边之间的比例为$\sqrt{2}$,与正方形的对角线相同:对折,纸张保持其形状。 来源: YBC 7289 和 2 的根 (MacTutor) · 元素,命题 I.34。 理论与结构 除了平行四边形的性质外,每一个都有其特有的性质。 Teorema · 长方形:对角线全等 a) 在每个矩形中,对角线都是全等。 b) 倒数: 每个具有全等对角线的平行四边形都是矩形。 Teorema · 菱形:垂直对角线 a) 每个菱形都有垂直的对角线。 b) 倒数: 每个具有垂直对角线的平行四边形都是菱形。

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平行四边形的性质

对边相等,对角相等,对角线一分为二。平行四边形是力和铰接机构的图形。 谁发现的 第一个属性位于欧几里得(c. 300 BC)的几何原本的命题I.34中:在平行四边形中,相对边和角度相等,对角线将其分为同一区域的两个部分。在几何之外,平行四边形因平行四边形力法则而闻名,该法则由佛兰德斯西蒙·斯蒂文 (1586) 使用,并由艾萨克·牛顿 在原理 (1687) 中阐明:两个作用在一点上的力相当于它们形成的平行四边形的对角线。 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 西蒙·史蒂文.作者身份不明 · 维基共享资源 · 公共领域 艾萨克·牛顿。戈弗雷·内勒 (1646–1723) · 维基共享资源 · 公共领域 故事 欧几里得的证明绘制了一条对角线,并使用平行线和 ALA 情况之间的交替角度来比较形成的两个三角形。该线程遵循的脚本相同。 平行四边形的对角线显示了比较中使用的两个三角形。来自博客的原始教学插图。 受电弓由 Christoph Scheiner 在 1603 左右发明,使用形成平行四边形的铰接杆将图纸复制到另一个比例:当平行四边形变形时,相对的边保持平行。在铰接式灯具和机器机构中也发现了相同的原理。 克里斯托夫·沙伊纳。英语:en:Christoph Thomas Scheffler。德语:来自:Christoph Thomas Scheffler。 · 维基共享资源 · 公共领域 在日常生活中 **力和矢量。**为了找出两艘拖船拉动一艘船的效果,使用平行四边形规则将力相加。 **台灯。**铰接杆形成平行四边形,这就是台灯始终保持相同倾斜度的原因。 **汽车剪刀(千斤顶)。**风琴式千斤顶是一个铰接菱形;当你转动螺丝时,它就会升起汽车。 对角停车。 倾斜空间是平行四边形。 来源: 元素,命题 I.34 · Stevin (MacTutor) · Scheiner (MacTutor)。

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梯形的性质

梯形有一对平行的边,是隐藏在许多坡道、屋顶和口袋中的形状。 谁发现的 该词的现代含义来自波西多尼乌斯(公元前一世纪)和普罗克洛斯(公元五世纪):他记录了波西多尼乌斯将具有一对平行边的四边形与没有平行边的四边形分开。对于欧几里得来说,梯形是除正方形、长方形、菱形或平行四边形之外的任何四边形。梯形的面积——底边乘以高度的平均值——出现在亚历山大海伦(公元一世纪)的著作中。 波西多尼乌斯,后来的艺术代表。Sailko · 维基共享资源 · CC BY 3.0 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 亚历山大的苍鹭,后来的艺术表现。作者身份不明 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 基本平均的相同想法可以在一种已经达到现代微积分的方法中找到:梯形规则,它通过将曲线划分为梯形带来近似曲线下的面积。它在工程和计算机中用于计算没有简单公式的面积。 在 2016 中,历史学家 Mathieu Ossendrijver 表明,巴比伦天文学家在公元前 350 到 50 之间,已经使用梯形来计算木星在天空中移动的距离 - 这一推理直到 14 世纪欧洲才重新发现。 在日常生活中 **运河和沟渠。**灌溉渠道的横截面为梯形,这样坡岸就不会塌陷。 **屋顶和山墙。**许多屋顶的侧坡是梯形。 **台阶和坡道。**带有平台的坡道的侧面轮廓形成梯形。 不规则土地面积。 测量员将土地分成条状,然后按照梯形规则将梯形面积相加。 来源: Proclus (MacTutor) · Heron of Alexandria (MacTutor) · Ossendrijver,科学 (2016)。 理论与结构 Propriedade · 任何梯形 在任何具有底边 $\overline{AB}$ 和 $\overline{CD}$ 的梯形 $ABCD$ 中,与每个非底边相邻的角是补角:$\hat{A} + \hat{D} = \hat{B} + \hat{C} = 180^{\circ}$(平行线之间的内络线)。

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著名的四边形——定义

梯形、平行四边形、长方形、菱形和正方形。这些名字很古老,但几个世纪以来每个名字的含义都发生了变化。 谁发现的 正方形和长方形已经出现在巴比伦泥板和埃及地区问题中。定义来自欧几里德(几何原本的定义I.22),他区分了正方形、长方形、菱形和菱形,并将所有其他四边形称为梯形。 平行四边形一词首次出现在欧几里得命题I.34中。今天使用的包容性分类,其中每个正方形都是矩形,是在 19 世纪末被采用的,正如下面好奇的“定义随时间变化”中所解释的那样。 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 名称中包含图像:trapezium 源自希腊语 trapezion,“小桌子”; rombo,来自 rhombos,一种旋转时发出噪音的陀螺; 菱形源自法语losange,与纹章、纹章艺术有关。 几个世纪以来,同一个名字在不同的地方有不同的含义。时至今日,英式英语中的trapezium 与美式英语中的trapezoid 相同,反之亦然——这一变化归因于 Charles Hutton 的数学词典,来自 1795。 查尔斯·赫顿.William G. Jackman(佛罗里达州 1841–1860)别名 William G. Jackman; W.G.杰克曼; · 维基共享资源 · 公共领域 在日常生活中 **警告标志。**在巴西,黄色警告标志是由顶点支撑的方形,形状像菱形。 **地板和瓷砖。**矩形和正方形填充平面图,不留间隙。 Spanograph 剪刀。 货运电梯、折叠门和铰接式灯具使用平行四边形,可变形而不会失去平行度。 **屏幕。**电视的16:9格式和A4尺寸的纸张都是具有标准化比例的矩形。 来源: 元素,定义 I.22 · 元素,命题 I.34 · Charles Hutton (MacTutor)。 理论与结构 Definição · 五个著名的四边形 它们都是平坦的凸四边形: 梯形:有两个平行边(底边)。如果非底边全等,则为等腰;如果非底边全等,则为不等边三角形;如果有两个直角,则为矩形(或双矩形)。 平行四边形:具有平行的相对边:$\overline{AB} \parallel \overline{CD}$ 和 $\overline{AD} \parallel \overline{BC}$。 矩形:有四个全等角。 菱形:有四个全等的边。 正方形:它有四个全等角和四个全等边。 点击区域:每个族都位于包含它的族内。正方形位于矩形和菱形的交叉处。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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四边形 — 定义和元素

四个边,四个顶点,两条对角线。四边形存在于地块、屏风、桌子和窗户中。 谁发现的 计算四个边的土地面积是埃及和美索不达米亚抄写员的任务。埃及(公元前 2 世纪)埃德夫神庙的铭文记录了四边形面积的规则:将两个相对边的平均值乘以另外两个边的平均值。该规则仅适用于矩形,并且在其他情况下会高估面积。几何定义——由四条直线限制的图形——来自欧几里德(几何原本的定义I.19)。 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 埃德富的地块是捐赠给寺庙的,形状不规则。抄写员的规则很实用,并且对于几乎矩形的地形给出了合理的值,但它显示出一个限制:没有角度和对角线,四个边不能确定四边形。同样的四杆框架可以变成正方形或压扁的菱形。 希腊人通过用对角线将四边形分成两个三角形来解决这个问题。 7世纪,印度人婆罗门笈多找到了一个精确的公式,可以计算出可以内接于圆的四边形的面积,仅使用四个边。 在日常生活中 城市地块。 经文描述了土地的四个侧面和角度;面积是通过将地块分成三角形来计算的。 **大门和架子。**四边形的铰接杆变形;对角线(如“法国手”)阻止了它。 **风筝。**许多风筝都是四边形,具有两对连续的等边(三角肌)。 屏幕和纸张。 A4纸、卡片和手机屏幕都是直角四边形。 来源: 元素,定义 I.19 · 埃及数学 (MacTutor) · Brahmagupta (MacTutor)。 理论与结构 Definição · 四边形 令 $A$、$B$、$C$ 和 $D$ 为同一平面上的四个点,全部不同且三到三个不共线。如果线段 $\overline{AB}$、$\overline{BC}$、$\overline{CD}$ 和 $\overline{DA}$ 仅在末端相交,则它们的交汇处是四边形: $$ABCD = \overline{AB} \cup \overline{BC} \cup \overline{CD} \cup \overline{DA}.$$这些段是侧面; $\hat{A} = D\hat{A}B$、$\hat{B} = A\hat{B}C$、$\hat{C} = B\hat{C}D$ 和 $\hat{D} = C\hat{D}A$ 是角度; $\overline{AC}$ 和 $\overline{BD}$ 是对角线。四边形可以是凸或凹。

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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。

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三角关系的后果

任意三角形的内角和为180°。这也许是继毕达哥拉斯定理之后最著名的几何定理。 谁发现的 普罗克洛斯引用罗德岛的尤德穆斯的话,将三角形的角加起来等于两个直角的第一个一般性证明归因于毕达哥拉斯学派(公元前6-5世纪)。评论员Gemino补充说,古人已经分别证明了等边三角形、等腰和不等腰的事实。我们得到的版本是欧几里得的几何原本的命题I.32,它也证明了外角等于两个不相邻内角之和。 雅典学院的人物归因于罗德岛的尤德穆斯 (Eudemus of Rhodes);不确定的识别。拉斐尔·桑齐奥; Jic 和 FranksValli 复制品的剪辑 · 维基共享资源 · 公共领域 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 该证明使用一条平行于一侧的边——因此取决于第五条假设。这不是一个细节:在非欧几里得几何中,三角形的内角和与 180° 不同。例如,在球体的表面上,它总是更大。 法国沙特尔大教堂(12 世纪)皇家大门上的雕塑中,毕达哥拉斯属于文科人物之一。欧拉之眼博客的集合。 勒让德18 世纪末证明,如果没有第五条公设,三角形之和永远不会超过 180°,并且如果单个三角形的和恰好为 180°,则所有三角形都会超过 180°。据说 高斯,在测量德国三座山之间的一个大三角形时,他会检查总和是否为180°;历史学家们争论这是否是其意图。 阿德里安-玛丽·勒让德,朱利安-利奥波德·布利的漫画。Julien-Léopold Boilly · 维基共享资源 · 公共领域 卡尔·弗里德里希·高斯。克里斯蒂安·阿尔布雷希特·詹森 (1792–1870) · 维基共享资源 · 公共领域 在日常生活中 **撕掉角。**剪出一个纸三角形,撕掉三个角并将它们连接在一起:它们形成一个浅角。 屋顶。 知道屋顶的坡度(例如,30°)并且剪刀顶部是对称的,木匠计算顶部的角度:120°。 **地形。**测量三角形地形的三个角度时,测量员检查总和是否为180°;差异表示测量误差。 **导航。**飞行员和领航员计算航线三角形的第三个角度与其他两个角度的关系。 来源: 元素,命题 I.32 · 毕达哥拉斯 (MacTutor) · 勒让德 (MacTutor)。