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読書: パプス: ギリシャ幾何学のエピローグ

補足資料 補足資料 パプス: ギリシャ幾何学のエピローグ 紀元前 3 世紀以降、ローマは軍事大国としての地位を確立しました。紀元前 146 年にギリシャを併合しました。紀元前 31 年のエジプトその前、紀元前 47 年に、シーザーの命令によりエジプト艦隊で火災が発生し、アレクサンドリアの図書館に到達し、約 500 千冊のテキストが消費されました。アレクサンドリアは依然として長い間世界の文化の中心地であったが、ギリシャ数学は衰退し始めた。代数的象徴主義のない演繹幾何学のモデルは枯渇の兆しを示し、ローマ人は実践的な知識のみを重視した。 529 年、プラトンのアカデミーを含むギリシャの哲学学校は閉鎖されました。 プラトン、後の芸術的表現。シラニオンの肖像画のローマ字コピー · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 最後の大きな励ましはアレクサンドリアのパプス (西暦300年頃) からのものでした。その数学コレクションは 8 冊からなり、貴重な歴史的情報、新しい実証、独自の貢献が含まれています。その 1 つは、 現在グルディンの定理 と呼ばれるもので、直線を中心とした平らな領域の回転によって生成される固体の体積は、その領域の面積とその重心の軌道の長さの積に等しいというものです。もう一つは、 射影幾何学のパプスの定理 で、$A$、$B$、$C$ が直線上にあり、$A^{\prime}$、$B^{\prime}$、$C^{\prime}$ が直線上にある場合、$AB^{\prime}$ と $A^{\prime}B$、$AC^{\prime}$ の会合は、 $A^{\prime}C$ および $BC^{\prime}$ と $B^{\prime}C$ は同一線上にあります。パプスは円錐曲線の焦点とガイドラインという概念も負っています。彼はギリシャ幾何学の復活に努めましたが、歴史の力が彼に反対しました。

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垂心 — 高さ

三角形の 3 つの高さも、点 垂心 で交わります。興味深いことに、ユークリッドはこれを証明しませんでした。 発見者 原論 は、高さが同時であることを示していません。最初に知られている公開されたデモンストレーションは、イギリス人のウィリアム・ チャップルによる 1749 のものです。しかし、 最も引用されているのはカール・フリードリヒ・ ガウス (1810) によるものです。彼は各頂点に対して反対側に平行な線を描き、より大きな三角形を形成しました。元の三角形の高さは、大きい方の三角形の垂直二等分線となり、一致します。 垂心 (ギリシャ語の「まっすぐな」を意味するオルトスに由来) という名前は 19 世紀になって初めて作成されました。 カール・フリードリヒ・ガウス。Christian Albrecht Jensen (1792–1870) · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 歴史 ガウスの証明は、新しい問題をすでに解決済みの問題にどのように帰着させることができるかを示す良い例です。ガウスは高さを直接研究する代わりに、それらを 垂直二等分線 に変換しました。その競合相手であるユークリッドはすでに証明しています。 ユークリッド、ルネサンスの表現は伝統的にユークリッドまたはアルキメデスと関連付けられていました。ラファエル・サンツィオ · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 3 つの高さは 垂心 にあります。それぞれが反対側に対して垂直です。ブログからのオリジナルの教訓的なイラスト。 垂心は、鋭角三角形の内側にあり、直角三角形の直角の頂点と一致し、鈍角三角形の外側に出るという興味深い動作をします。 1765 では、レオンハルト オイラー が、下記の好奇心旺盛な「オイラーの直線」で語られているように、重心 および 外心 と整列していることを発見しました。 レオンハルト・オイラー。ヤコブ・エマニュエル・ハンドマン (1718–1781) · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 日常生活での応用 屋根とスロープの高さ。 三角形の高さは現場で測定された垂直距離です。破風(三角壁)の面積は基準×高さを使用します。 土地面積。 測量士は、三角形の敷地の面積を、基準として選択した辺の高さを下げて計算します。 直角三角形 正方形では、高さのうち 2 つは垂直な辺そのものであり、垂心 は直線の角です。 トラス。 三角形の構造では、一辺に垂直な支柱が三角形の高さに従います。 出典: ガウス (MacTutor) · オイラー (MacTutor)。

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外心 — 垂直二等分線

三角形の 3 つの 垂直二等分線 は、3 つの頂点を通過する円の中心である 外心 で交わります。 発見者 この構築はユークリッドの原論の命題IV.5 (c. 300 BC) 「与えられた三角形に円を外接する」 です。 垂直二等分線の交点は3つの頂点から等距離にあるため中心となります。 Euclid は中心がどこにあるかも観察します。鋭角の場合は三角形の内側、長方形の場合は最大辺、鈍角の場合は外側です。 ユークリッド、ルネサンスの表現は伝統的にユークリッドまたはアルキメデスと関連付けられていました。ラファエル・サンツィオ · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 歴史 同じ問題が別の形でも現れます。 並ん​​でいない 3 つの点を通過するのにちょうど 1 つの円が通過します。これは、多くの位置特定および再構成技術の基礎です。 垂直二等分線の出会いは3つの頂点から等距離にあり、外接円が決まります。ブログからのオリジナルの教訓的なイラスト。 考古学者は 外心 を使用して壊れた陶器の破片を復元します。プレートの端の 1 つの破片を使用して、3 つの点をマークし、2 つの 垂直二等分線 をトレースして、元のプレートの中心と半径を見つけ、そのサイズを知ることができます。 日常生活での応用 プレートまたはホイールを再構築します。 中心と直径を見つけるには、端の 3 点で十分です。 等距離の場所。 3 つの都市から等距離にある病院、アンテナ、または集合場所は 外心 にあります。 3 点を通る円弧を描きます。 図面および CAD プログラムでは、「3 点を通る円弧」ツールでこの構造が使用されます。 直角三角形。 直角三角形では、外心 は斜辺の中点です。正方形の角は常に斜辺を直径として「認識」します。 出典: 要素、命題 IV.5 · Euclid (MacTutor)。

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内心 — 角の二等分線 内部

三角形の内部の 3 つの 角の二等分線 は、その内側に収まる最大の円の中心である 内心 で交わります。 発見者 この構造はユークリッドの原論の命題IV.4 (c. 300 BC) 「与えられた三角形に円を内接する」 にあります。 Euclid は、角の二等分線 を 2 つの角度から描き、交わる点を取り、それが 3 つの側面から同じ距離にあることを示します。 3台目の角の二等分線もここを通過するので、この3台はライバルです。有名な公式は、この円の半径と面積を結び付けています。 それは、3 辺の面積に関する彼の公式とともに、アレキサンドリアのサギ (西暦 1 世紀) のメートル法にあります。 ユークリッド、ルネサンスの表現は伝統的にユークリッドまたはアルキメデスと関連付けられていました。ラファエル・サンツィオ · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン アレクサンドリアのサギ、後の芸術的表現。作者不明 · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 歴史 原論 の第 4 巻は、円内に図形を内接したり外接したりすることに特化しています。 内心 は、奇妙な点としてではなく、三辺に接する円を描くためにコンパスの先端をどこに置くかという実際的な建築上の問題の解決策としてそこに表示されます。 角の二等分線 は 内心 にあります。辺に等しい距離が内接円の半径を決定します。ブログからのオリジナルの教訓的なイラスト。 ヘロンは、三角形の面積が内接円の半径に周囲の半分を掛けたものに等しいことを示しました。アイデアは、三角形を 内心 に頂点を持つ 3 つの三角形に分割し、それぞれの高さが半径に等しいというものです。 日常生活での応用 最大の円形テーブル。 部屋または三角形の敷地内に収まる最大のテーブル、プール、または円形ベッドは 内心 の中心にあります。 ラウンドアバウト。 三角形の三差路交差点では、3 本の通りの等距離点は 内心 です。 シートカット 三角形の金属または木材のスクラップから可能な限り大きなディスクを切り出すには、カットの中心は 内心 です。 ウォッチポイント。 三角形の湖の 3 つの岸から同じ距離にあるポストは 内心 にあります。 出典: 要素、命題 IV.4 · アレクサンドリアのサギ (MacTutor)。

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重心 — 中央値

三角形の 3 つの中線は、点 重心 で交わります。ここでは、三角形のプレートが指先でバランスが取れています。 発見者 シラクサのアルキメデス (紀元前 287 ~ 212 頃) は 重心 に関連付けられた名前です。彼は平面のつり合いについてで、 三角形の重心は、頂点と反対側の中点を結ぶ直線、つまり中線上にあり、したがって 3 つの中線が交わる位置にあることを証明しました。 重心という言葉はもっと新しいもので、「重い」を意味するギリシャ語のバリスに由来しており、19 世紀にドイツのアウグスト メビウスが本の重心微積分の中で使用しました。 (1827)。 アルキメデス、後の芸術的表現。ドメニコ・フェティ · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン オーガスト・フェルディナンド・メビウス。アドルフ・ノイマン (1825 – 1884) · ウィキメディア コモンズ · パブリック ドメイン 歴史 アルキメデスの推論は幾何学と物理学を組み合わせたものです。彼は、三角形が一辺に平行に非常に薄いストリップに切断されることを想像します。各範囲の中心はその中間点にあり、これらの中間点はすべて中央値上にあります。次に、三角形全体がその上でバランスをとります。別の中央値について議論を繰り返すと、平衡点は 2 つの中央値の交点になる必要があります。 このトピックで示した各中央値の比率 2 : 1 への分割は、同じ平衡点の別の結果です。彼のものとされるフレーズ「支援点を与えてください。そうすれば世界を動かします」はレバーについて語っていますが、バランスの問題を幾何学に変換するという同じ興味を示しています。 日常生活での応用 指上のバランス 均一な厚さの三角形のボール紙板を 重心 の上に正確に置くとバランスがとれます。 モビール。 アレクサンダー カルダーのようなアーティストは、それぞれの作品を重心から吊り下げ、希望の位置に留まるようにしました。 自動車とトラック。 エンジニアは車両の重心を計算します。低いほど転倒の危険が低くなります。 トレイを運ぶ 三角形のトレイをいっぱい運ぶ人は、物を落とさないように中央付近に手を置きます。 出典: アルキメデス (MacTutor) · メビウス (MacTutor)。 理論と作図 定理 · 中央値との競合 三角形の 3 つの中央線は同じ点で交差し、 各中央線は頂点を含む部分のサイズが他の部分の 2 倍になるように 2 つの部分に分割されます。 $$\overline{AM_1} \cap \overline{BM_2} \cap \overline{CM_3} = \lbrace G \rbrace, \qquad AG = 2 \cdot GM_1,\quad BG = 2 \cdot GM_2,\quad CG = 2 \cdot GM_3.$$