stringtranslate.com

Томагавк (геометрия)

Томагавк с утолщенной рукояткой и острием

Томагавк инструмент в геометрии для трисекции угла , задачи разбиения угла на три равные части. Границы его формы включают полукруг и два отрезка , расположенных таким образом, что они напоминают томагавк , топор коренных американцев. [1] [2] Этот же инструмент также называли ножом сапожника , [3] но это название чаще используется в геометрии для обозначения другой формы, арбелоса (криволинейный треугольник, ограниченный тремя взаимно касательными полуокружностями). [4]

Описание

Основная форма томагавка состоит из полукруга («лезвие» томагавка), с отрезком линии длиной радиуса, простирающимся вдоль той же линии, что и диаметр полукруга (кончик которого является «шипом» томагавка), и с другим отрезком линии произвольной длины («ручка» томагавка), перпендикулярным диаметру. Чтобы превратить его в физический инструмент, его ручка и шип могут быть утолщены, пока отрезок линии вдоль ручки продолжает оставаться частью границы формы. В отличие от родственной трисекции с использованием плотницкого угольника , другая сторона утолщенной ручки не должна быть сделана параллельной этому отрезку линии. [1]

В некоторых источниках используется полный круг вместо полукруга [5] или томагавк также утолщен вдоль диаметра своего полукруга [6] , но эти модификации не оказывают никакого влияния на действие томагавка как трисектора.

Трисекция

Томагавк , делящий угол пополам . Рукоятка AD образует один трисектор, а пунктирная линия AC, проходящая через центр полукруга, образует другой.

Чтобы использовать томагавк для трисекции угла , его располагают так, чтобы линия его рукоятки касалась вершины угла, а лезвие было внутри угла, касательно одного из двух лучей, образующих угол, а острие касалось другого луча угла. Одна из двух линий трисекции затем лежит на сегменте рукоятки, а другая проходит через центральную точку полукруга. [1] [6] Если угол, который нужно трисекции, слишком острый по сравнению с длиной рукоятки томагавка, может оказаться невозможным вписать томагавк в угол таким образом, но эту трудность можно обойти, многократно удваивая угол, пока он не станет достаточно большим для того, чтобы томагавк мог его трисектировать, а затем многократно делить пополам трисектированный угол столько же раз, сколько раз был удвоен исходный угол. [2]

Если вершина угла обозначена как A , точка касания лезвия как B , центр полукруга как C , вершина рукоятки как D , а острие как E , то треугольники ACD и ADE являются прямоугольными треугольниками с общим основанием и равной высотой, поэтому они являются конгруэнтными треугольниками . Поскольку стороны AB и BC треугольника ABC являются соответственно касательной и радиусом полукруга, они находятся под прямым углом друг к другу, и ABC также является прямоугольным треугольником; он имеет ту же гипотенузу , что и ACD, и те же длины сторон BC = CD , поэтому он снова конгруэнтен двум другим треугольникам, показывая, что три угла, образованные в вершине, равны. [5] [6]

Хотя томагавк сам по себе может быть построен с использованием циркуля и линейки [7] и может быть использован для трисекции угла, это не противоречит теореме Пьера Ванцеля 1837 года о том, что произвольные углы не могут быть трисекции только с помощью циркуля и неразмеченной линейки. [8] Причина этого в том, что размещение построенного томагавка в требуемом положении является формой невзиса , которая не допускается в конструкциях с использованием циркуля и линейки. [9]

История

Изобретатель томагавка неизвестен, [1] [10] но самые ранние упоминания о нем происходят из Франции 19-го века. Он датируется по крайней мере 1835 годом, когда он появился в книге Клода Люсьена Бержери , Géométrie appliquée à l'industrie, à l'usage des artistes et des ouvriers (3-е издание). [1] Другая ранняя публикация той же трисекции была сделана Анри Брокаром в 1877 году; [11] Брокар, в свою очередь, приписывает ее изобретение мемуарам 1863 года французского морского офицера Пьера-Жозефа Глотена  [d] . [12] [13] [14]

Ссылки

  1. ^ abcde Йейтс, Роберт К. (1941), «Проблема трисекции, Глава III: Механические трисекторы», National Mathematics Magazine , 15 (6): 278–293, doi :10.2307/3028413, JSTOR  3028413, MR  1569903.
  2. ^ ab Gardner, Martin (1975), Математический карнавал: от головоломок с пенни, тасовки карт и трюков молниеносных калькуляторов до американских горок в четвертом измерении , Knopf, стр. 262–263.
  3. ^ Дадли, Андервуд (1996), Трисектор , MAA Spectrum (2-е изд.), Cambridge University Press, стр. 14–16, ISBN 9780883855140.
  4. ^ Альсина, Клауди; Нельсен, Роджер Б. (2010), «9.4 Нож сапожника и солонка», Charming Proofs: A Journey Into Elegant Mathematics , Dolciani Mathematical Expositions, т. 42, Математическая ассоциация Америки, стр. 147–148, ISBN 9780883853481.
  5. ^ ab Meserve, Bruce E. (1982), Основные понятия алгебры, Courier Dover Publications, стр. 244, ISBN 9780486614700.
  6. ^ abc Isaacs, I. Martin (2009), Геометрия для студентов колледжей , Pure and Applied Undergraduate Texts, т. 8, Американское математическое общество, стр. 209–210, ISBN 9780821847947.
  7. ^ Ивс, Говард Уитли (1995), College Geometry, Jones & Bartlett Learning, стр. 191, ISBN 9780867204759.
  8. ^ Ванцель, Л. (1837), «Recherches sur les moyens de reconnaître si un Problème de Géométrie peut se resoudre avec la règle et le compas», Journal de Mathématiques Pures et Appliquées (на французском языке), 1 (2): 366– 372.
  9. Слово «neusis» описано La Nave, Federica; Mazur, Barry (2002), «Reading Bombelli», The Mathematical Intelligencer , 24 (1): 12–21, doi :10.1007/BF03025306, MR  1889932, S2CID  189888034как означающее «семейство конструкций, зависящих от одного параметра», в котором, по мере изменения параметра, происходит некоторое комбинаторное изменение конструкции при желаемом значении параметра. Ла Нав и Мазур описывают другие трисекции, нежели томагавк, но то же самое описание применимо и здесь: томагавк, помещенный ручкой на вершину, параметризованный положением шипа на его луче, дает семейство конструкций, в которых относительное положение лезвия и его луча изменяется, когда шип помещается в правильную точку.
  10. ^ Аабо, Асгер (1997), Эпизоды из ранней истории математики, Новая математическая библиотека, т. 13, Математическая ассоциация Америки, стр. 87, ISBN 9780883856130.
  11. ^ Брокар, Х. (1877), «Примечание к механическому подразделению угла», Bulletin de la Société Mathématique de France (на французском языке), 5 : 43–47.
  12. ^ Глотен (1863), «De quelques moyens pratiques de diviser les angulars en party égales», Mémoires de la Société des Sciences Physiques et Naturelles de Bordeaux (на французском языке), 2 : 253–278.
  13. ^ Джордж Э. Мартин (1998), «Предисловие», Геометрические построения , Springer
  14. Дадли (1996) ошибочно пишет эти имена как Брикар и Глатин.

Внешние ссылки