伝統文化紹介 Relationship

E(ε;・茶・) 昨日hanaさんがピタゴラスイッチの動画を載せていたので、数学を学んだ事のある人が必ず目にする、最も古典的で最も有名な数学の定理について。

 

¥”直角三角形の斜辺の二乗は、残りの二つの辺の二乗の和に等しい¥”

 

世界で最初に見つかった定理だという人が居るほど、古典的です。

さて、この定理の発見や伝播には諸説あります。

¥”古代のエジプト人は既に知っていた¥”

とか

¥”最初に証明を完成させたのはピタゴラスだ¥”

とか

¥”世界各地で別々に見つかり、それぞれの地域で利用されていた¥”

などの説から

¥”三平方の定理を示すオーパーツがあってだな…¥”

E(ε;・茶・)・・・ まぁ、この様な説は気にしないでおきましょう。

 

古代のエジプトの方が、定理をきちんと理解し、その証明を知っていたのかわかりませんが、辺の比が3:4:5の三角形が直角三角形になることは知っていたようです。(古代のエジプトと言ってもかなり時代が幅がありますが、直角三角形の利用はかなり初期から行われていたようです)

ピタゴラスがどの様にこの定理を完成させたかについて、面白い話があります。本当かどうか今となっては検証も不可能¥ですが、ピタゴラスが神殿に行った時、床に並べられた

こんなタイルを見て思い浮かんだそうです。

 

ではこの定理の証明を見てみましょう。最も古くて明快な証明は、Euclidの原論の第一章の最後に書かれています。私が中学の頃は教科書に書いてあったのですが、生徒の中学の教科書には書かれていませんでした。残念。

上の二つの正方形の面積を、三角形を利用する事で下の正方形の面積と比較します。それによって上の二つの面積の我が下の正方形の面積に等しい事を証明します。

 

次は極めてシンプルな図で説明できる証明方法です。

三角形BHAと三角形AHCの相似を用います。とても簡単です。この証明も比較的古典的。

 

ところが、Euclidの証明と下の証明では決定的な違いがあります。上の証明では、¥”長さの二乗=面積¥”と考えているのに対し、下の証明では長さの二乗を単なる数として考えています。

この差は大きく、Euclid以前では常にものの大きさを面積や長さに置き換えていたため、面積同士、長さ同士でないと比較する事が不可能¥でした。これではより代数的な発想が生まれません。その点、下の証明は完全に長さを単純な数として考えています。

この様な差は、時代の違いだけでなく、地域の違いでも発生しています。中国では何故か代数学が発達します。原論と大差ない時代に書かれた九章算術では徹底的に実用計算を重視した内容になっています。内容を比較すると、そのあまりの違いに唖然とするほどです。¥”数学の古典的名著¥”と言う点では同じカテゴリーに入るはずなんですがね・・・。

 

最後に上の二つの思想を両方引き継いだ証明を…

内接円を使います。内接円の半径と、三角形の周長の積が三角形の面積に相当する事を用いるのですが、幾重にも計算が必要になります。

ただ、誰が最初に考えた証明なのか、手元にある数学史の本ではわかりせんでした。

 

 

参照

○ Cajori 初等数学史

http://www.cut-the-knot.org/pythagoras/index.shtml (英語のページですが80くらい証明が載っています)


【사이비】 Pythagoras 【과학판】

E(ε;·차·) 어제 hana씨가 피타고라스잇치의 동영상을 싣고 있었으므로, 수학을 배운 일이 있는 사람이 반드시 본다, 가장 고전적으로 가장 유명한 수학의 정리에 대해.

 

"직각 삼각형의 사변의 제곱은, 나머지의 두 개의 옆의 제곱의 화에 동일하다"

 

세계에서 최초로 발견된 정리라고 하는 사람이 있는 만큼, 고전적입니다.

그런데, 이 정리의 발견이나 전파에는 제설 있습니다.

"고대의 이집트인은 이미 알고 있었다"

라든가

"최초로 증명을 완성시킨 것은 Pythagoras다"

라든가

"세계 각지에서 따로 따로 발견되어, 각각의 지역에서 이용되고 있었다"

등의 설로부터

"삼평방의 정리를 나타내는 오 파트가 있어다…"

E(ε;·차·)··· 아무튼, 이와 같은 설은 신경쓰지 말고 일어납시다.

 

고대의 이집트가, 정리를 제대로 이해해, 그 증명을 알고 있었는지 모릅니다만, 옆의 비가3:4:5의 삼각형이 직각 삼각형이 되는 것은 알고 있던 것 같습니다.(고대의 이집트라고 말해도 꽤 시대가 폭이 있습니다만, 직각 삼각형의 이용은 꽤 초기부터 행해지고 있던 것 같습니다)

Pythagoras가 어떻게 이 정리를 완성시켰는지를 대해서, 재미있는 이야기가 있습니다.사실인지 어떤지 이제 와서는 검증도 불가능입니다만, Pythagoras가 칸도노에 갔을 때, 마루에 늘어놓을 수 있었다

이런 타일을 보고 생각해 떠올랐다고 합니다.

 

그럼 이 정리의 증명을 봅시다.가장 낡고 명쾌한 증명은, Euclid의 원론의 제1장의 마지막에 쓰여져 있습니다.내가 중학의 무렵은 교과서에 써 있었습니다만, 학생의 중학의 교과서에는 쓰여져 있지 않았습니다.유감.

위의 두 개의 정방형의 면적을, 삼각형을 이용하는 일로 아래의 정방형의 면적과 비교합니다.거기에 따라 위의 두 개의 면적의 우리 아래의 정방형의 면적에 동일한 일을 증명합니다.

 

다음은 지극히 심플한 그림으로 설명할 수 있는 증명 방법입니다.

삼각형 BHA와 삼각형 AHC의 상사를 이용합니다.매우 간단합니다.이 증명도 비교적 고전적.

 

그런데 , Euclid의 증명과 아래의 증명에서는 결정적인 차이가 있습니다.위의 증명에서는,"길이의 제곱=면적"이라고 생각하고 있는데 대해, 아래의 증명에서는 길이의 제곱을 단순한 수라고 하고 생각하고 있습니다.

이 차이는 크고, Euclid 이전으로는 항상 것의 크기를 면적이나 길이에 옮겨놓고 있었기 때문에, 면적끼리, 길이 같은 종류가 아니다고 비교하는 것이 불가능이었습니다.이것으로는 보다 대수적인 발상이 태어나지 않습니다.그 점, 아래의 증명은 완전하게 길이를 단순한 수라고 하고 생각하고 있습니다.

이와 같은 차이는, 시대의 차이 뿐만이 아니라, 지역의 차이에서도 발생하고 있습니다.중국에서는 왜일까 대수학이 발달합니다.원론과 큰 차이 없는 시대에 쓰여진 9장 산술에서는 철저하게 실용 계산을 중시한 내용이 되어 있습니다.내용을 비교하면, 그 나머지의 달라 아연하게로 할 정도입니다."수학의 고전적 명저"라고 하는 점에서는 같은 카테고리에 들어갈 것입니다만···.

 

마지막에 위의 두 개의 사상을 양쪽 모두 계승한 증명을…

내접원을 사용합니다.내접원의 반경과 삼각형의 주장의 적이 삼각형의 면적에 상당하는 일을 이용합니다만, 겹겹이 계산이 필요하게 됩니다.

단지, 누가 최초로 생각한 증명인가, 수중에 있는 수학사의 책에서는 알아 선이었습니다.

 

 

참조

○ Cajori 초등 수학사

http://www.cut-the-knot.org/pythagoras/index.shtml (영어의 페이지입니다만 80 정도 증명이 실려 있는)



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