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みゆ🌹の魔法 その 䞉角圢の蟺の比

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みゆ🌹の魔法 その 䞉角圢の蟺の比

みんな倧奜きピタゎラス数

 ピタゎラス数ずいえば、盎角䞉角圢の蟺の長さが敎数ずなるような぀の敎数の組のこずですね。長さの比率が敎数比぀たり有理数比な盎角䞉角圢はピタゎラス䞉角圢などず呌ばれるのですが、これを盎角䞉角圢以倖の䞉角圢にも拡匵しおみたしょう。

 実は、 䞉蟺の比を有理数比ではなく『有理数に無理数 $x$ を加えた拡倧䜓 $\mathbb{Q}[x]$ の元の比』ずいうように拡匵しおあげるず、様々な内角をも぀䞉角圢の䞉蟺比を衚すこずができるんです。

魔法の手順

無理数 $x$ を甚意したす。

 䟋$x=\phi$黄金数 $\phi=\frac{1+\sqrt5}2$


$x$ を有理数倍しお $1$ より小さい数 $c$ を䜜り、䞉蟺の比が $c:\sqrt{1-c^2}:1$ の盎角䞉角圢をかきたす。

 䟋$c=\frac 12x=\frac\phi2$、$\frac\phi2:\sqrt{1-\frac{\phi^2}4}:1$
手順 手順


任意の敎数 $a$ ず $b$ $(a\gt b)$ を甚意し、先皋の盎角䞉角圢を $2b(a+bc)$ 倍したす。

 $\rightarrow~2bc(a+bc):2b(a+bc)\sqrt{1-c^2}:2b(a+bc)$

 䟋$a=2$、$b=1$、$2b(a+bc)=4+\phi$倍
手順 手順


$2bc(a+bc)$ 偎の蟺を鋭角偎に $a^2-b^2$ だけ延長するず、そこからもう䞀方の鋭角偎の頂点ず結んでできる内偎の䞉角圢の䞉蟺比は $\mathbb{Q}[x]$ の元で構成された比ずなっおいたす。

 $\rightarrow a^2-b^2:2b(a+bc):a^2+b^2+2abc$

 䟋$a^2-b^2:2b(a+bc):a^2+b^2+2abc=\color{#f7a}{3:(4+\phi):(5+2\phi)}$
手順 手順

ちなみに、$c$ は $x$ の有理数倍なので、$\mathbb{Q}[x]$ の元の䞀぀ですね。
もちろん $x$ は無理数じゃなくおもおっけヌで、有理数の堎合でも同じこずができちゃいたす。
$\pm\frac12$ ずかで詊すずたた面癜いかも♪♪

怜蚌

 先皋の䟋では、二蟺の長さが $3$ ず $(4+\phi)$、その狭角が $144^{\circ}$、察蟺の長さが $(5+2\phi)$ ずいう䞉角圢ができたした。
䜙匊定理を䜿っお怜蚌しおみたしょう。

$ 3^2+(4+\phi)^2-2\cdot3\cdot(4+\phi)\cos144^{\circ}\\ =9+(16+\phi^2+8\phi)-(24+6\phi)(-\frac\phi2)\\ =25+\phi^2+8\phi+12\phi+3\phi^2\\ =25+4\phi^2+20\phi\\ =(5+2\phi)^2~\textcolor{#f7a}{\leftarrow~合っおる!!}\\ $

$\theta=\pi-\arccos c$ ずすれば $c=-\cos\theta$ ですので、䞀般には次のように衚せるはずです。

$$\quad(a^2-b^2)^2+(2b(a-b\cos\theta))^2-2(a^2-b^2)(2b(a-b\cos\theta))\cos\theta=(a^2+b^2-2a b\cos\theta)^2 $$

はたしお、こんな耇雑な匏が恒等匏ずしお成り立぀でしょうか

Wolfram Alpha先生による怜算 の結果、ナント「真」ず刀定されたした

たずめ





魔法-a
䞉蟺の比が

$a^2-b^2:2b(a+bc):a^2+b^2+2abc$

の䞉角圢を描くず、$a^2-b^2$ ず $2b(a+bc)$ の内角が

$\pi-\arccos c~(\mathrm{rad})$

になるよ。$a,b\in\mathbb{Z}$、$c=0$ のずきは普通のピタゎラス比ですね




魔法-b
内角に $\theta~(\mathrm{rad})$ をも぀䞉角圢の䞉蟺の長さの比は

$a^2-b^2:2b(a-b\cos\theta):a^2+b^2-2ab\cos\theta$

ず衚せるよ。$\theta=\frac\pi2$なら$\cos\frac\pi2=0$ ですね

このカラクリが気になっお倜しか眠れないっお方は、 ガラパゎ䞉蟺比定理 を参照しおみおね(*Žω*)

投皿日2020幎11月17日
曎新日2024幎8月28日
数孊の力で珟堎を倉える アルゎリズム゚ンゞニア募集 - Mathlog served by OptHub

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https://mathlog.info/articles/323         数孊を愛する䌚 副䌚長 CCO / ガラパゎ数孊 開拓者 / 猫舌・甘党・薄味掟

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