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解直角三角形

求解直角三角形意味着计算其主要元素:锐角($\hat{B}$ 和 $\hat{C}$)和边($a$、$b$、$c$)。为此,有必要提供关于三角形的两个信息,其中至少一个是与其相连的线段的测量值(边长、高度、中线、角平分线等)——只有角度,我们知道形状但不知道大小。 故事 几个世纪以来,解直角三角形一直是测量员、航海家和炮兵的日常工作。为了测量地面角度,英国人 Leonard Digges 描述了一种他称为 theodelitus 的仪器,它是经纬仪的祖先,至今仍出现在街道上的三脚架上。该描述出现在Pantometria(“通用测量”)中,这是伦纳德未完成的一本书,由他的儿子Thomas Digges完成并出版于1571。有了测量的角度和已知的距离,三角函数表就完成了剩下的工作。 迪吉斯人是谁 伦纳德·迪格斯(c. 1515–1559)是一位测量员和实用数学书籍的作者,这些书籍用英语而不是拉丁语写成,以便工匠和士兵可以阅读。在1554他参与了托马斯·怀亚特针对玛丽一世女王的叛乱;他被判处死刑,获得赦免,但失去了土地。几年后他去世了,留下他的儿子 Thomas (c. 1546–1595) 由数学家 John Dee 照顾。托马斯完成了Pantometry,其前言指出,他的父亲结合镜头来观察遥远的物体——比伽利略的望远镜早了几十年,尽管没有证据表明他们用它观察了天空。在 1576 中,托马斯走得更远:他用英语发表了第一个对哥白尼理论的辩护,并将星星画成分布在无限宇宙中,而不是束缚在一个球体上。 无需攀爬即可测量塔楼:使用经纬仪测量从瞄准器到顶部的角度 $\alpha$,使用链条测量到底座的距离 $d$;仪器上方的高度为 $h = d\operatorname{tg}\alpha$。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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直角三角形中的三角比

让我们证明将直角三角形的边的测量值与角的测量值联系起来的三个属性。它们将我们迄今为止研究的循环三角学与一切开始的三角形三角学联系起来。 故事 据说,米利都传说(公元前六世纪)通过将埃及大金字塔的影子与棍子的影子进行比较来测量埃及大金字塔的高度:在同一时刻,太阳与两个物体形成相同的角度,并且两者的高度和影子之间的比例相同。这正是本章的思想——一旦角度固定,直角三角形两条边之间的比率就固定了——尽管对于泰勒斯来说,这些比率仍然没有名称或表格。这个故事是由后来的作家写给我们的,比如第欧根尼·拉尔修斯和普鲁塔克。 米利都的泰勒斯是谁? 传说(约公元前 624–546 BC)生活在米利都,这是一座位于今土耳其海岸的富裕希腊城市,希腊人将他视为七贤之一。他被认为是第一个尝试在不求助诸神的情况下解释自然的人——对他来说,一切都来自于水——并且是第一个展示几何性质而不是仅仅使用它们的人。历史学家希罗多德说,他在公元前 585 预言了一次日食,中断了吕底亚人和米底人之间的战斗。两件轶事展示了他名气的两个方面。柏拉图说,泰勒斯在夜里散步看星星时掉进了井里,一个奴隶嘲笑他只想知道天上有什么,却看不到脚下有什么。亚里士多德说,泰勒斯指责哲学毫无用处,他通过天文学预测橄榄会大丰收,并提前租用了该地区所有的橄榄压榨机并致富——只是为了证明哲学家可以随时赚钱。 泰勒斯和大金字塔:在同一时刻,金字塔和一根棍子的高度和阴影的比例是相同的。改变太阳的高度:阴影改变,计算的高度不变。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. **书中的直角三角形。**在巴格达影子碑和现代碑之间,带有它们名字的直角三角形被绘制并重新绘制: c. 850Habash al-Hasib(艾哈迈德·伊本·阿卜杜拉)在他的天文学手稿中使用阴影和半弦。 1220比萨的列奥纳多(斐波那契)在实践几何中,将弦和三角形应用于土地的测量。 1551Rheticus,在正则三角学说中,通过直角三角形的边定义了六个函数。 1558Francesco Maurolico 编辑了墨涅拉俄斯的球面,包括球面桌子和三角形。 1620Edmund Gunter,在卡农三角中,介绍了余正弦和余切线。 来源: 故事 (MacTutor) · 第欧根尼·拉尔修斯 (Diogenes Laertius),杰出哲学家的传记,I.27 · 亚里士多德,政治,I.11。 在日常生活中 **用手机测量建筑物的高度。**测角仪应用程序可测量与顶部的角度。在距离建筑物 30 米处,对于 $40^\circ$,眼睛上方的高度为 $30\operatorname{tg} 40^\circ \approx 25{,}2$ 米。 飞机着陆。 最终下降发生在距跑道约 $3^\circ$: 10 公里处,飞机高度为 $10\,000\operatorname{tg} 3^\circ \approx 524$ 米。 **土地坡度。**测量员和工程师根据坡度的切线(以百分比表示)对土地进行分类,以确定可以建造的位置。 用手机测量建筑物的高度:距离、角度和切线。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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度量元素和关系

我们知道,当三角形的一个内角是直角时,它就是矩形。在本章中,我们将发展一种几何三角理论,使我们能够基于最少的数据来计算直角三角形的线段和角度的测量值。 故事 直角三角形的度量关系是数学中最古老的度量关系之一。公元前 1800 左右的巴比伦泥板,例如著名的 Plimpton 322,列出了满足 $a^2 = b^2 + c^2$ 的数字组,而 YBC 7289 泥板给出了 $\sqrt{2}$ 的极好近似值,即正方形边上 1 的对角线。然而,该定理的第一个已知证明是希腊语:它出现在欧几里得几何原本第一卷的命题47(大约公元前300),传统上将其归因于毕达哥拉斯学派。 毕达哥拉斯是谁 毕达哥拉斯(约公元前570–495)出生于萨摩斯岛,按照传统前往埃及和巴比伦,在意大利南部的克罗托纳建立了一个社区,同时也是一所学校、宗教派别和政党。毕达哥拉斯学派相信灵魂轮回,吃素,不吃蚕豆,并对他们的发现保密——因此不可能知道大师做了什么,弟子做了什么。学校的座右铭是“一切皆数字”:他们发现悦耳的音符与弦长 $2:1$、$3:2$ 和 $4:3$ 的简单比例相对应。传说,毕达哥拉斯在证明该定理时,向众神献祭了一百头牛——这与素食主义并不相符。具有讽刺意味的是,该定理本身导致人们发现平方的对角线不是整数之比,从而破坏了“一切都是数字”的想法。 萨摩斯岛的毕达哥拉斯(公元前 570–495),后来的艺术表现。作者身份不明 · 维基共享资源 · 公共领域 几何原本的命题I.47的图形。虚线从$A$垂直于斜边延伸,将红色正方形分成两个矩形:欧几里得证明每个矩形都有一个较小正方形的面积,因此$a^2 = b^2 + c^2$。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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毕达哥拉斯定理的应用

正方形的对角线、等边三角形的高度以及30°、45°和60°的三角比都来自同一个定理。 谁发现的 正方形的对角线已经计算出来 巴比伦人:平板电脑 YBC 7289(约公元前 1800–1600 年)给出 $\sqrt{2}$ 具有六位正确的小数位。直角三角形边之间的比率最初是天文表格: 尼西亚的喜帕恰斯 (公元前2世纪)建立了弦表,印度人 阿里亚巴塔 (499)开始使用半绳——我们的 正弦 ——伊斯兰天文学家喜欢 阿布·瓦法 (10世纪)有组织的影子表,我们的 切线。生成所有有边的毕达哥拉斯三角形的公式 $x^2 - y^2$, $2xy$ 和 $x^2 + y^2$,出现在书中的一句座右铭中 元素 的 欧几里得. 尼西亚的喜帕恰斯,后来的艺术表现。威廉·亨利·史密斯 · 维基共享资源 · 公共领域 Aryabhata,后来的艺术表现。Cpjha13 · 维基共享资源 · CC BY-SA 4.0 Abu al-Wafa,后来的艺术代表。作者身份不明 · 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 埃及人已经使用三角比来建造金字塔:莱茵德纸莎草纸(约公元前 1650 BC)计算 seked,即每肘高高度,面部水平前进多少手掌——面部的斜率,余切值。 莱茵德纸莎草纸的细节,由艾哈迈斯在公元前 1650 左右抄写。该文件保留了埃及的数学问题和程序。抄写员艾哈迈斯;大英博物馆文件的复制品 · 维基共享资源 · 公共领域。 毕达哥拉斯套装有一个著名的后代。在 1637 左右,Pierre de Fermat 在他的丢番图算术副本的页边空白处指出,就在套装问题旁边,$x^n + y^n = z^n$ 对于 $n > 2$ 没有正整数解。演示仅在 1994 进行,由 Andrew Wiles 进行。

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度量关系

斜边的平方是边的平方和。但这只是直角三角形中高度所揭示的几种关系之一。 谁发现的 直角三角形边之间的关系比 萨摩斯岛的毕达哥拉斯 (公元前六世纪)。董事会 巴比伦 从公元前 1800 年左右开始,使用 3、4、5 等术语来计算正方形的对角线;你 苏尔巴经 从 印度 (约公元前 800 年至公元前 500 年)规定了建造祭坛的规则;和中文文本 周笔算经 提供视觉证据。希腊传统将该定理与毕达哥拉斯联系在一起,但没有文献证据证明他证明了这一定理。我们最古老的示威是在 元素 的 欧几里得 (约公元前 300 年):命题 I.47 通过面积证明定理,并且 I.48 证明 互惠的。与音高的关系——每条腿和音高为 比例平均数 ——在提案中 六.8 及其推论。 萨摩斯岛的毕达哥拉斯,后来的艺术表现。作者身份不明 · 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 本章的证明是第六卷中欧几里得的证明:高度将三角形分成两个与原来相似的三角形,比例给出了度量关系;将它们两个相加就得到毕达哥拉斯定理。很少有数学陈述能以如此多的方式得到证明:美国教授 Elisha Loomis 在 1940 版的《毕达哥拉斯命题》毕达哥拉斯命题 中汇集了 370 种不同的论证,其中包括未来美国总统 詹姆斯·加菲尔德的一项论证,作者是 1876,用秋千做的。 伊丽莎·斯科特·卢米斯。Finkel, B. F. · 维基共享资源 · 公共领域 詹姆斯·加菲尔德。身份不明的摄影师; Brady-Handy 收藏 · 维基共享资源 · 公共领域 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。 该定理也是通向无理数的大门:边长为 1 的正方形的对角线测量为 $\sqrt{2}$,并且这个数字不是分数的发现震惊了毕达哥拉斯学派。