光的世界︰【□○閱讀】樹莓派近攝鏡‧下‧答之承

驢橋定理

驢橋定理拉丁語Pons asinorum),也稱為等腰三角形定理,是在歐幾里得幾何中的一個數學定理,是指等腰三角形二腰對應的二底角相等。等腰三角形定理也是歐幾里得幾何原本第一卷命題五的內容。

有關其名稱驢橋定理的由來有二種:一種是幾何原本中的示意圖即為一座橋,另外一種比較廣為大家接受,是指這是幾何原本中第一個對於讀者智力的測試,並且做為往後續更困難命題的橋樑[1]幾何學是列在中世紀四術之中,驢橋定理是在幾何原本的前面出現的較困難命題,是數學能力的一個門檻,也稱之為「笨蛋的難關」[2],無法理解此一命題的人可能也無法處理後面更難的命題。

無論其名稱的由來為何,驢橋定理一詞也變成是一種隱喻,是指對能力或了解程度的關鍵測試,可以將了解及不了解的人區分開來[3]

Pons asinorum

In geometry, the statement that the angles opposite the equal sides of an isosceles triangle are themselves equal is known as the pons asinorum (Latin pronunciation: [ˈpons asiˈnoːrʊm]; English /ˈpɒnz ˌæsˈnɔərəm/ PONZ-ass-i-NOR-(r)əm), Latin for “bridge of donkeys”. This statement is Proposition 5 of Book 1 in Euclid‘s Elements, and is also known as the isosceles triangle theorem. Its converse is also true: if two angles of a triangle are equal, then the sides opposite them are also equal.

The name of this statement is also used metaphorically for a problem or challenge which will separate the sure of mind from the simple, the fleet thinker from the slow, the determined from the dallier; to represent a critical test of ability or understanding.[1]

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Byrne版幾何原本中,驢橋定理的內容,有列出部份歐幾里得的證明

 

假如兩個三角形全等之第一原理為 SAS ── 夾角相等、夾角之兩邊亦皆對等 ── ,那麼作等長之延伸線段,迭代使用 SAS 證明,的確需要一番思慮。若是 SSS ── 三邊長都對應相等 ── 當第一原理,或許只需在等腰三角形之底取中點,就可藉 SSS 得出兩底角相等。據知幾何原本裡根本沒有 SSS 全等,這又為什麼呢?難到是因為它不夠直覺嗎?還是以一邊為底,兩端點各依所餘兩邊作圓,此二圓將相交於兩點,那要如何判定所形成的這兩個三角形全等的呢??也許 SSS 之證明可以藉著在頂點處作條平行於底邊的平行線︰

歐幾里得』的『平行公設』 ── 經過『線外』一『』,只能作一條『平行線』平行該『 ──,或許正因為不夠『直覺』,然而有人將它看成了『公理』,於是乎長期以來議論不斷,如此經過了兩千多年。一八二零年時,俄國數學家『尼古拉‧伊萬諾維奇‧羅巴切夫斯基』 Никола́й Ива́нович Лобаче́вский 想用『歸謬法』證明︰假使僅『反對』了『平行公設』 ── 假設有兩條平行線 ── ,但是卻『保留』著『其它公設』,這樣的『幾何系統』是不是會發生內部 之『邏輯矛盾』的呢?本來是想『證明』平行公設的『必要性』,結果意外『成立』了一門『新的幾何學』,這就是第一個被提出的『非歐幾何學』。如果從『羅氏幾何學』建構方法來看,我們可以『知道』只要『選擇』邏輯上不矛盾的『一些公理』都有可能『成立』一種『幾何學』。這樣我們的『大自然』它會『選擇』特定的『幾何學』的嗎?假使果真有這個『幾何學』,我們又要『依據』什麼才能『判斷』它是『真實』的呢??因此我們或許更當 細思『先驗知識』與『後驗知識』之間的大哉『』與『』的吧!!

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三種平行假設

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笛沙格定理

如果A.a,B.b,C.c 共點,那麼 (A.B)∩(a.b),(A.C)∩(a.c),(B.C)∩(b.c) 共線。

200px-Hyperbolic_triangle.svg
雙曲面幾何學
多條平行線

Triangle_on_spherical_plane
球面幾何學
沒有平行線

─── 摘自《【Sonic π】電聲學之電路學《四》之《 !!!! 》上

 

在此頂點兩端都可取一點,依據 SAS 及內錯角相等,全等於 SSS 之三角形。如是再因平行線的唯一性而得證。傳聞愛因斯坦小時並不了了,嘗如倔驢般畫了幾百個直角三角形,只求能實證畢氏定理,豈非反倒助其後發先至的呢!!因是一時之會與不會從來不是問題 ,想不想會才是大哉問的哩??!!

雖然通常求解一般性問題︰a^2 + b^2 = c^2 的所有整數解。

勾股數組

勾股數組是滿足勾股定理  a^2 + b^2 = c^2正整數  (a,b,c),其中的  a,b,c稱為勾股數。例如  (3,4,5)就是一組勾股數組。

任意一組勾股數  (a,b,c)可以表示為如下形式: a=k(m^2-n^2), b=2kmn, c=k(m^2+n^2),其中  k, m,n\in \mathbb{N*},m>n

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趙爽 勾股圓方圖證明勾股定理法動畫

要比特定問題︰x^2 + y^2 = {17}^2 的整數解。

困難的多。事實上這並非是必然的矣!!??

就讓我們以一般光學矩陣為例

  \left( \begin{array}{cc} A &  B  \\ C & D  \end{array} \right)

探討前後焦距主平面、以及成像法則吧。如是也可知道 ABCD 這四個符號,實有著深刻的意蘊,故能決定那光學系統之行為。

【前後焦距】

牛頓成像公式

依慣例假設光的行徑方向是左→右,遇一光學系統,此處發生折射【※ 或反射】,這處稱之為『前端點』 V ,而後行經此光學系統 ,最終發生折射處【※ 或反射】稱之為『後端點』 V' 。這構成了『端點面參考系』,也就是『前後焦距』以平行光『度量』聚散的座標系。簡單推導如下︰

pi@raspberrypi:~ ipython3 Python 3.4.2 (default, Oct 19 2014, 13:31:11)  Type "copyright", "credits" or "license" for more information.  IPython 2.3.0 -- An enhanced Interactive Python. ?         -> Introduction and overview of IPython's features. %quickref -> Quick reference. help      -> Python's own help system. object?   -> Details about 'object', use 'object??' for extra details.  In [1]: from sympy import *  In [2]: from sympy.physics.optics import FreeSpace, FlatRefraction, ThinLens, GeometricRay, CurvedRefraction, RayTransferMatrix  In [3]: init_printing()  In [4]: A, B, C, D = symbols('A, B, C, D')  In [5]: 光學系統 = RayTransferMatrix(A, B, C, D)  In [6]: 光學系統 Out[6]:  ⎡A  B⎤ ⎢    ⎥ ⎣C  D⎦  In [7]: z, h, θ = symbols('z, h, θ')  In [8]: 平行光匯聚於後焦點 = FreeSpace(z) * 光學系統 * GeometricRay(h, 0)  In [9]: 平行光匯聚於後焦點 Out[9]:  ⎡h⋅(A + C⋅z)⎤ ⎢           ⎥ ⎣    C⋅h    ⎦  In [10]: 匯聚前焦點之光而後平行 = 光學系統 * FreeSpace(z) * GeometricRay(0, θ)  In [11]: 匯聚前焦點之光而後平行 Out[11]:  ⎡θ⋅(A⋅z + B)⎤ ⎢           ⎥ ⎣θ⋅(C⋅z + D)⎦  In [12]:  </pre> <span style="color: #003300;">得到</span>  <span style="color: #003300;">後焦距  =-\frac{A}{C}</span>  <span style="color: #003300;">前焦距 =-\frac{D}{C}。</span>     <span style="color: #003300;">【<a style="color: #003300;" href="http://www.freesandal.org/?p=58169">主平面</a>】</span>  <span style="color: #003300;">也知</span>  <span style="color: #003300;">後主平面  =\frac{1 - A}{C}</span>  <span style="color: #003300;">前主平面 =\frac{1 - D}{C}</span>  故可驗證薄透鏡之等效式為︰ <pre class="lang:python decode:true">In [12]: 等效薄透鏡 = FreeSpace((1-A)/C) * 光學系統 * FreeSpace((1-D)/C)  In [13]: 等效薄透鏡 Out[13]:  ⎡       D⋅(-A + 1)   -D + 1⎤ ⎢1  B + ────────── + ──────⎥ ⎢           C          C   ⎥ ⎢                          ⎥ ⎣C             1           ⎦  In [14]: 等效薄透鏡.B.simplify() Out[14]:  -A⋅D + B⋅C + 1 ──────────────       C         In [15]:  </pre>    <span style="color: #003300;"> 若此光學系統處於同一介質中,則</span> det  \left( \begin{array}{cc}
A &  B  \\
C & D \end{array}  \right)  = A D - B C = 1。  <span style="color: #003300;">正為所求也。</span>     還可考之以『主平面參考系』  等效焦距f_{eff}= 後焦距 - 後主平面= -\frac{A}{C} - \frac{1 - A}{C} = - \frac{1}{C}也就是  等效焦距f_{eff}= 前焦距 - 前主平面= -\frac{D}{C} - \frac{1 - D}{C} = - \frac{1}{C}的了。  如此成像法則\frac{1}{do} + \frac{1}{di} = \frac{1}{f_{eff}}$

果能有疑義焉☆