Обратная теорема Пифагора

Соотношение между длинами сторон и высотой прямоугольного треугольника
Сравнение обратной теоремы Пифагора с теоремой Пифагора, использующей наименьшую положительную целую обратную пифагоровую тройку в таблице ниже.
Основание
Пифагора
-
тройка
АСдо нашей эрыкомпакт-дискАБ
(3, 4, 5)20 = 515 = 512 = 425 = 5 2
(5, 12, 13)156 = 12×1365 = 5×1360 = 5×12169 = 13 2
(8, 15, 17)255 = 15×17136 = 8×17120 = 8×15289 = 17 2
(7, 24, 25)600 = 24×25175 = 7×25168 = 7×24625 = 25 2
(20, 21, 29)609 = 21×29580 = 20×29420 = 20×21841 = 29 2
Все положительные целые примитивные обратные пифагоровы тройки, имеющие до трех цифр, с гипотенузой для сравнения

В геометрии обратная теорема Пифагора (также известная как обратная теорема Пифагора [1] или перевернутая теорема Пифагора [2] ) выглядит следующим образом: [3]

Пусть A , B — концы гипотенузы прямоугольного треугольника ABC . Пусть D — основание перпендикуляра, опущенного из C , вершины прямого угла, на гипотенузу. Тогда
1 С Д 2 = 1 А С 2 + 1 Б С 2 . {\displaystyle {\frac {1}{CD^{2}}}={\frac {1}{AC^{2}}}+{\frac {1}{BC^{2}}}.}

Эту теорему не следует путать с предложением 48 из первой книги « Начал » Евклида , обратным теореме Пифагора, которая гласит, что если квадрат одной стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон, то две другие стороны содержат прямой угол.

Доказательство

Площадь треугольника ABC можно выразить либо через AC и BC , либо через AB и CD :

1 2 А С Б С = 1 2 А Б С Д ( А С Б С ) 2 = ( А Б С Д ) 2 1 С Д 2 = А Б 2 А С 2 Б С 2 {\displaystyle {\begin{align}{\tfrac {1}{2}}AC\cdot BC&={\tfrac {1}{2}}AB\cdot CD\\[4pt](AC\cdot BC)^{2}&=(AB\cdot CD)^{2}\\[4pt]{\frac {1}{CD^{2}}}&={\frac {AB^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}\end{align}}}

дано CD > 0 , AC > 0 и BC > 0 .

Используя теорему Пифагора ,

1 С Д 2 = Б С 2 + А С 2 А С 2 Б С 2 = Б С 2 А С 2 Б С 2 + А С 2 А С 2 Б С 2 1 С Д 2 = 1 А С 2 + 1 Б С 2 {\displaystyle {\begin{align}{\frac {1}{CD^{2}}}&={\frac {BC^{2}+AC^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}\\[4pt]&={\frac {BC^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}+{\frac {AC^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}\\[4pt]\quad \therefore \;\;{\frac {1}{CD^{2}}}&={\frac {1}{AC^{2}}}+{\frac {1}{BC^{2}}}\end{align}}}

как указано выше.

Обратите внимание в частности:

1 2 А С Б С = 1 2 А Б С Д С Д = А С Б С А Б {\displaystyle {\begin{align}{\tfrac {1}{2}}AC\cdot BC&={\tfrac {1}{2}}AB\cdot CD\\[4pt]CD&={\tfrac {AC\cdot BC}{AB}}\\[4pt]\end{align}}}

Частный случай крестообразной кривой

Крестообразная кривая или перекрёстная кривая — это кривая четвертой степени, заданная уравнением

х 2 у 2 б 2 х 2 а 2 у 2 = 0 {\displaystyle x^{2}y^{2}-b^{2}x^{2}-a^{2}y^{2}=0}

где два параметра, определяющие форму кривой, a и b, каждый из них равен CD .

Заменив x на AC и y на BC, получим

А С 2 Б С 2 С Д 2 А С 2 С Д 2 Б С 2 = 0 А С 2 Б С 2 = С Д 2 Б С 2 + С Д 2 А С 2 1 С Д 2 = Б С 2 А С 2 Б С 2 + А С 2 А С 2 Б С 2 1 С Д 2 = 1 А С 2 + 1 Б С 2 {\displaystyle {\begin{align}AC^{2}BC^{2}-CD^{2}AC^{2}-CD^{2}BC^{2}&=0\\[4pt]AC^{2}BC^{2}&=CD^{2}BC^{2}+CD^{2}AC^{2}\\[4pt]{\frac {1}{CD^{2}}}&={\frac {BC^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}+{\frac {AC^{2}}{AC^{2}\cdot BC^{2}}}\\[4pt]\therefore \;\;{\frac {1}{CD^{2}}}&={\frac {1}{AC^{2}}}+{\frac {1}{BC^{2}}}\end{align}}}

Обратные пифагоровы тройки могут быть сгенерированы с использованием целочисленных параметров t и u следующим образом. [4]

А С = ( т 2 + ты 2 ) ( т 2 ты 2 ) Б С = 2 т ты ( т 2 + ты 2 ) С Д = 2 т ты ( т 2 ты 2 ) {\displaystyle {\begin{align}AC&=(t^{2}+u^{2})(t^{2}-u^{2})\\BC&=2tu(t^{2}+u^{2})\\CD&=2tu(t^{2}-u^{2})\end{align}}}

Приложение

Если две одинаковые лампы поместить в точки A и B , то теорема и закон обратных квадратов подразумевают , что интенсивность света в точке C будет такой же, как и при размещении одной лампы в точке D.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Р. Б. Нельсен, Доказательство без слов: обратная теорема Пифагора, Mathematics Magazine, 82, декабрь 2009 г., стр. 370
  2. Перевернутая теорема Пифагора, Дженнифер Ричиник, The Mathematical Gazette, том 92, № 524 (июль 2008 г.), стр. 313-316
  3. ^ Йохан Вестлунд, «Суммирование обратных квадратов по евклидовой геометрии», http://www.math.chalmers.se/~wastlund/Cosmic.pdf, стр. 4–5.
  4. ^ «Диофантово уравнение трёх переменных».


Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Обратная_теорема_Пифагора&oldid=1236963012"