절편정리

Intercept theorem

절편 정리탈레스의 정리, 기본 비례 정리 또는 측면 분할 정리로도 알려져 있으며, 동일한 출발점을 가진 두 광선평행선 쌍에 의해 절편될 경우 생성되는 다양한 선분의 비율에 대한 기초 기하학의 중요한 정리입니다.이는 유사한 삼각형의 비율에 대한 정리와 같습니다.이것은 전통적으로 그리스 수학자 탈레스의 것으로 여겨집니다.고대 바빌로니아인들과 이집트인들에게 알려져 있었지만, 최초로 알려진 증거는 유클리드의 《유클리드의 기하학》에 등장합니다.

정리의 공식화

광선으로 정리를 가로채다
SA / SB = AC / BD가 반드시 ACBD와 평행하다는 것을 의미하는 것은 아닙니다.

S를 두 광선의 공통된 시작점으로 하고 A, B를 두 평행선과 첫 번째 광선의 교차점으로 하면 B는 A보다 S로부터 더 멀리 떨어져 있고 C, D는 두 평행선과 두 번째 광선의 교차점으로 하면 D는 C보다 S로부터 더 멀리 떨어져 있습니다.이 구성에서는 다음 문장을 사용합니다.[1][2]

  1. 첫 번째 광선에서 두 세그먼트의 비율은 두 번째 광선에서 해당 세그먼트의 비율과 같습니다.
    A { }} = {\{ { }}}, B = {\{ S A display { }} = {\{
  2. S에서 시작하는 동일한 광선에서 두 세그먼트의 비율은 평행선에서 세그먼트의 비율과 같습니다.
  3. 두 광선이 두 개의 임의의 선으로 절편되고 A = CD{\{\ }} = {\ {SC}}이(가) 유지되는 경우 두 절편 선은 평행합니다.그러나 두 번째 문장의 반대는 참이 아닙니다(반례는 그림 참조).

확장 및 결론

교차하는 한 쌍의 선으로 정리를 절편함
두 줄 이상의 절편 정리

S {\S}에서 교차하는 두 선으로 대체된 경우에도 처음 두 문장은 참으로유지됩니다. 이 S {\에 대해 두 개의 평행선 사이에 놓이거나 그렇지 않거나(X 그림)(V 그림) 시나리오가 있습니다 가 두 평행선 사이에 위치하지 않으면 원래 정리가 직접 적용됩니다.S 이(가) 두 개의 병렬 사이에 S {\(를) 반영하면 원래 정리가 적용되는 측도가 동일한 V 도형이 됩니다.[2]그러나 세 번째 문장(역)은 선에 대해 참으로 유지되지 않습니다.[3][4][5]

에서 시작하는 광선이 두 개 이상이거나 에서 두 개 이상의 선이 교차하는 경우각 병렬에는 두 개 이상의 선 세그먼트가 포함되며 한 병렬에서 두 선 세그먼트의 비율은 다른 병렬에서 해당 선 세그먼트의 비율과 동일합니다.예를 들어 에서 시작하여 및 F 유사점과교차하는 세 번째 광선이 있을 경우 F{\가) E {\ E보다 S {\ S}에서 더 멀리 떨어져 있으면 다음과 같은 균등성이 성립합니다[4]

E { }}}={\{ C = B { }}={\{

두 번째 방정식의 경우에도 반대로 성립합니다. 즉, 3개의 선이 2개의 선으로 절편되고 각 선에서 그에 따른 선분의 비율이 같으면 그 2개의 선은 평행해야 합니다.[4]

관련개념

유사 삼각형과 유사 삼각형

절편정리를 적용할 수 있도록 유사한 삼각형을 두 개 배열하는 것

절편 정리는 유사성과 밀접한 관련이 있습니다.는 유사 삼각형의 개념과 동등하며, 즉 유사 삼각형의 성질을 증명하는 데 사용될 수 있고 유사 삼각형은 절편 정리를 증명하는 데 사용될 수 있습니다.동일한 각도를 일치시키면 항상 두 개의 유사한 삼각형을 서로 배치하여 절편 정리가 적용되는 구성을 얻을 수 있으며, 반대로 절편 정리 구성에는 항상 두 개의 유사한 삼각형이 포함됩니다.

벡터공간에서의 스칼라 곱셈

노름 벡터 공간에서스칼라 곱셈에 관한 공리 (특히 λ ⋅ + → )= → +λ ⋅ ={\를 ‖ λ하고 → ‖ = λ ⋅ ‖ →{\lambda‖ \ = } \lambda \cdot \{\vec {a}\ ) 절편 정리가 성립하는지 확인합니다.‖ λ ⋅ ‖ ‖ =‖ λ ⋅ ‖ ‖ ‖ =‖ λ ⋅ (→ + → )‖ ‖ → + ‖ = λ {= {\ {a = {\ {b= {\ {b= {\vec {b lambda vec \ {{\{b { {\{{\ {b}}}, = \vec {b}}

적용들

나침반과 자 구조의 대수적 공식화

초등 기하학에서는 그리스인들이 나침반과 직선형 구조의 측면에서 제기한 세 가지 유명한 문제가 있습니다.[6][7]

  1. 각도를 3등분하는 중
  2. 큐브를 두 배로 늘리기
  3. 원의 사각형

이 세 가지 모두가 마침내 불가능하다는 것이 밝혀질 때까지 2000년 이상이 걸렸습니다.이것은 19세기에 대수적 방법의 도움으로 이루어졌고, 그때까지 사용할 수 있게 되었습니다.필드 확장을 사용하여 대수적 용어로 세 가지 문제를 재구성하려면 필드 연산을 나침반 및 직선형 구성과 일치시켜야 합니다(구성 가능한 숫자 참조).특히 주어진 두 개의 선분에 대해 그 길이가 다른 두 개의 선분의 길이의 곱과 같도록 새로운 선분을 구성할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.마찬가지로 a의 선분에 대해 길이a 의 새 선분을 구성할 수 있어야 합니다절편 정리는 두 경우 모두에 대해 그러한 구성이 가능함을 보여주는 데 사용될 수 있습니다.

상품구성

역설계

주어진 비율로 선분 나누기

임의 선분 ¯ 을(를) 비율로 분할하려면 ¯ 을(를) 한 다리로 하여 A에 임의 각도를 그립니다.반대쪽 다리에서 + m + 개의 등거리 점을 구성한 다음 마지막 점을 통과하는 선을 그리고 m번째 점을 통과하는 B 및 평행선을 그립니다.이 평행선은 ¯ 을(를) 원하는 비율로 나눕니다.오른쪽 그래픽에는 선 세그먼트 ¯ 의 파티션이 비율로 표시되어 있습니다.

측정조사

처프스 피라미드의 높이

치수를 재는 조각들
계산 C와 D

일부 역사적 자료에 따르면 그리스 수학자 탈레스는 절편 정리를 적용하여 첵스 피라미드의 높이를 구했다고 합니다.다음 설명은 피라미드의 높이를 계산하기 위해 절편 정리를 사용하는 방법을 보여줍니다.그러나 그것은 잃어버린 탈레스의 원작에 대해서는 언급하지 않습니다.[9][10]

탈레스는 피라미드의 밑부분의 길이와 기둥의 높이를 측정했습니다.그리고는 그 날과 동시에 피라미드의 그림자의 길이와 막대의 그림자의 길이를 측정했습니다.이를 통해 다음과 같은 데이터를 얻을 수 있었습니다.

  • 장대높이(A): 1.63m
  • 극의 그림자 (B) : 2m
  • 피라미드 베이스 길이 : 230m
  • 피라미드 그림자: 65 m

이를 통해 그는

A,B,C를 알고 그는 이제 절편정리를 계산에 적용할 수 있었습니다.

강의 너비 측정

절편 정리는 강이나 호수의 폭, 고층 건물의 높이 등 직접적으로 측정할 수 없는 거리를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.오른쪽 그림은 강의 너비를 측정하는 것을 보여줍니다.세그먼트 FE을(를) 측정하여 원하는 = {\ AB = { AC { FC을(를) 계산하는 데 사용합니다

삼각형과 사다리꼴의 평행선

절편 정리는 특정 구성이 평행선(세그먼트)을 산출한다는 것을 증명하는 데 사용될 수 있습니다.

두 삼각형 변의 중간점이 연결된 경우 결과 선분은 세 번째 삼각형 변(삼각형의 중간점 정리)과 평행합니다.

사다리꼴의 평행하지 않은 두 변의 중간점이 연결된 경우 결과 선분은 사다리꼴의 다른 두 변과 평행합니다.

역사적 양상

이 정리는 전통적으로 그리스의 수학자인 밀레토스의 탈레스가 이집트의 피라미드의 높이를 측정하고 해안에서 배까지의 거리를 계산하기 위해 어떤 형태의 정리를 사용했을 것이라고 추정됩니다.[11][12][13][14]

증명

정리의 기본적인 증명은 동일한 면적의 삼각형을 사용하여 비율에 대한 기본 진술을 도출합니다(청구항 1).다른 주장들은 첫 번째 주장과 모순을 적용함으로써 뒤따릅니다.[1]

클레임 1

표기법:삼각형의 경우 수직 막대 는 해당 영역을 나타내고 선분의 경우 해당 길이를 나타냅니다.

증명: 하므로 \triangle \triangle 의 고도는 동일한 길이입니다.이 삼각형들은 동일한 기준선을 공유하기 때문에 면적이 동일합니다.따라서 △ = △ \triangle = triangle 가 있으므로 △ = △ \triangle = \triangle 도 있습니다.이것은 산출합니다.

{ \ CDA {{ \ CBA}}, { \triang \ SCA }}{ \triangle

삼각형 영역 공식기준 ⋅ aitude을 꽂으면 다음과 같이 변환됩니다.

}}}={\ = }}={\

공통 요인을 취소하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

(a) = B { }} = {\{ (b) = { }} = {\{

이제 (b)를 사용하여 {\{\ SC 를(를) (a)에서 교체합니다. B = { } { } { }} = {\{ } { {

(b)를 다시 사용하면 다음과 같이 간단해집니다: (c) = { }} = {\ } ◻

클레임2

A을(를 통해 {\displaystyle 에 대한 병렬을 추가로 그립니다.이 평행선은 G에서 과(와) 교차합니다. AC = = 이고 클레임 1 때문에 = { }} = {\{ }}= { }}= {\{

클레임3

BD}이( 병렬이 아니라고 가정합니다. 에서 D 까지의 평행선이 0 ≠ 에서 SA}와 교차합니다 S : A = : SC {\: = :가 참이므로

한편 클레임 1로부터 우리는
= {\
따라서 와 같은 면에 있고 = B B=S 와 같은 거리를 갖습니다이는 모순이므로 가정이 참일 수 없습니다. 즉 이(가) 실제로 병렬 ◻


메모들

  1. ^ a b Schupp, H. (1977). Elementargeometrie (in German). UTB Schöningh. pp. 124–126. ISBN 3-506-99189-2.
  2. ^ a b 스트랄렌체체수신인: 슐러두덴: 수학 1.Dudenverlag, 8.판, Mannheim 2008, pp. 431-433 (독일어)
  3. ^ Agricola, Ilka; Friedrich, Thomas (2008). Elementary Geometry. AMS. pp. 10–13, 16–18. ISBN 0-8218-4347-8. (온라인 복사, 10페이지, Google Books)
  4. ^ a b c 로렌츠 할베이젠, 노르베르트 헝거뷸러, 후안 레우클리: 미트 하모니셴 베르흘트니센 케겔슈니텐: 펠렌더 클라셴 기하학Springer 2016, ISBN 9783662530344, 페이지 191-208 (독일)
  5. ^ Agricola/Thomas 또는 다음 그림 참조:
    SA / SB = SC / SD가 반드시 ACBD와 평행하다는 것을 의미하는 것은 아닙니다.
  6. ^ Kazarinoff, Nicholas D. (2003) [1970], Ruler and the Round, Dover, p. 3, ISBN 0-486-42515-0
  7. ^ Kunz, Ernst (1991). Algebra (in German). Vieweg. pp. 5–7. ISBN 3-528-07243-1.
  8. ^ Ostermann, Alexander; Wanner, Gerhard (2012). Geometry by Its History. Springer. pp. 7. ISBN 978-3-642-29163-0. (온라인 복사, 7페이지, Google Books)
  9. ^ 탈레스의 독창적인 작품은 남아있지 않습니다.절편 정리나 관련 지식을 그의 탓으로 돌리는 모든 사료는 그가 죽은 지 몇 세기 후에 쓰여졌습니다.디오게네스 라에르티우스플리니는 엄밀하게 말하면 절편 정리를 필요로 하지 않지만, 단순한 관찰에만 의존할 수 있다고 설명합니다. 즉, 하루 중 특정 시점에서 물체의 그림자 길이가 그 높이와 일치할 것입니다.라에르티우스는 철학자 히에로니무스 (기원전 3세기)의 탈레스에 대한 진술을 인용합니다: "히에로니무스는 피라미드의 높이를 그들이 던지는 그림자로 측정했고, 우리의 그림자가 우리 자신과 같은 길이일 때의 관찰을 받아들여 (즉, 우리 자신의 키로) 측정했다고 말합니다."플리니는 이렇게 썼습니다: "탈레스는 피라미드와 다른 모든 유사한 물체들의 높이를 얻는 방법, 즉, 물체와 물체의 그림자가 길이가 같을 때의 그림자를 측정함으로써 얻는 방법을 발견했습니다.그러나 플루타르코스는 탈레스가 절편정리를 알고 있거나 적어도 특별한 경우를 알고 있음을 암시할 수 있는 설명을 제공합니다. 문제없이, 어떤 기구의 도움도 없이, 단지 피라미드에 의해 만들어지는 그림자의 끝에 막대기를 설치하고, 태양 광선의 차단으로 두 의 삼각형을 만든 것으로, 피라미드가 막대기에 [[피라미드의]] 그림자와 [[ 막대기의]] 그림자의 비율과 같은 비율을 갖는다는 것을 보여주었습니다. (출처:맥튜터탈레스 전기, 플루타르코스와 라에르티우스의 (번역) 원작: 모랄리아, 일곱 현인의 만찬, 147A저명한 철학자들의 삶, 1장. 탈레스, para.27)
  10. ^ Herbert Bruderer: 아날로그와 디지털 컴퓨팅의 이정표.스프링어, 2021, ISBN 97830409746, 페이지 214-217
  11. ^ 디트마르 헤르만:고대 수학. 고대 그리스의 수학과 헬레니즘의 역사, Springer 2022, ISBN 978-3-662-66493-3, pp. 27-36
  12. ^ Francis Borceux: 기하학에 대한 공리적 접근.Springer, 2013, pp. 10-13
  13. ^ Gilles Dowek: 계산, 증명, 기계.Cambridge University Press, 2015, ISBN 9780521118019, 페이지 17-18
  14. ^ 로타르 레드린, Ngo Viet, Salem Watson: "탈레스의 그림자", Mathematics Magazine, Vol. 73, No. 5 (2000년 12월), pp. 347-353 (JSTOR)

참고문헌

외부 링크