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「転ぶな、風邪ひくな、義理を欠け」(長寿の心得...岸信介) /「食う、寝る、出す、風呂」(在宅生活4つの柱)

証明

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シュタイナー楕円...

完全無欠で荒唐無稽な夢 http://d.hatena.ne.jp/Hyperion64/20140807/p1
2014-08-07 n次方程式の解の入れ子 ガウスの定理


の記事に載ってた
 ガウスは三次方程式の場合に面白いことを証明した。三次方程式の根の三角形にそれを微分した2次方程式の二根は内接する楕円の二点になるという。」
を調べてみた ^^

「【1】ガウス・リュカの定理
複素数係数の2次方程式f(z)=0の複素数解をα1とα2,1次方程式f’(z)=0の解をβとする.このとき,線分α1α2の中点が点βとなる.(あとのためには,点βが線分α1α2の中点であるというよりも,点βが線分α1α2の重心であるといったほうがよい.)
複素数係数の3次方程式f(z)=0の複素数解をα1,α2,α3,2次方程式f’(z)=0の解をβ1,β2とする.このとき,線分β1β2は三角形α1α2α3に含まれる.1次方程式f”(z)=0の解をγとするとき,線分β1β2の中点が点γとなる.
一般に,n次方程式f(z)=0の複素数解をα1,α2,・・・,αnと書くことにすると,n−1次方程式f’(z)=0の解β1,β2,・・・,βn-1はn角形[α1,α2,・・・,αn]に,n−2次方程式f”(z)=0の解γ1,γ2,・・・,γn-2はn−1角形[β1,β2,・・・,βn-1]に含まれる.・・・.1次方程式f^(n-1)(z)=0の解ωはn角形[α1,α2,・・・,αn]の重心となる.
「代数学の基本定理」の解の位置関係については,このようなことまで成り立ってしまうのです.
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【2】ガウスの定理の証明のあらすじ
ここでは,複素数係数の3次方程式の複素数解が複素平面上で作る3角形の性質に関する「ガウスの定理」の証明のあらすじを紹介します.
  f(z)=axz3+bz^2+cz+d=0
の解をα1,α2,α3,
  f’(z)=3az^2+2bz+c=0
の解をβ1,β2とします.
すなわち,
  f(z)=(z−α1)(z−α2)(z−α3)=0
  f’(z)=(z−α1)(z−α2)+(z−α2)(z−α3)+(z−α3)(z−α1)=0
このとき,複素有理関数
  F(z)=f’(z)/f(z)=1/(z−α1)+1/(z−α2)+1/(z−α3)
を導入すると
 f(z)=0の解→F(x)の極,f’(z)=0の解→F(x)の零点をなることを使うと,ガウスの定理を導出することができます.
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【3】ファンデンバーグ・ジーベックの定理
「ガウスの定理」より
『複素数係数の3次方程式f(z)=0の複素数解をα1,α2,α3,2次方程式f’(z)=0の解をβ1,β2とする.このとき,線分β1β2は三角形α1α2α3に含まれる.1次方程式f”(z)=0の解をγとするとき,線分β1β2の中点が点γとなる.』ですが,もっと面白い現象
『2点β1,β2は三角形α1α2α3の3辺の中点でこれらの辺に接する楕円の焦点になる.』
に到達することができます.
(証)γ=(α1+α2+α3)/3=(β1+β2)/2
また,3辺の中点は
  μ1=(α2+α3)/2,μ2=(α3+α1)/2,μ3=(α1+α2)/2
 このとき,中線定理を使うと
  |μ1−β1|+|μ1−β2|=|μ2−β1|+|μ2−β2|=|μ3−β1|+|μ3−β2|
が成り立つ.

[系]与えられた三角形に内接する面積が最大となるシュタイナー楕円は,接点が各辺の中点となるものである.その面積比は
  π/3√3
で円とそれに外接する正三角形の面積比に等しい.

*理屈はわかるも...具体的な絵が描けない…^^; Orz〜
[系]も...射影的には了解可能ですね♪

イメージ 1

wkf*h0*6さんから頂戴したものです 〜m(_ _)m〜

イメージ 1


これを眺めてたら...求め方が了解できますね♪
but…逆に...
赤い曲線と付かず離れずの(同じ距離離れた)ピンクの曲線を求める問題に発展するわけですが…
定点が...(x , √(x^3/2)) になる曲線を求めればいいであろうことはわかるも…?
わたしにゃ無理難題あるね ^^;…

ピックの定理…☆

Pickの定理の新鮮な Aha!! 証明を以下のサイトで見っけ♪

http://www004.upp.so-net.ne.jp/s_honma/mathbun/mathbun172.htm より 引用 Orz〜

ハーバード大学の 時枝 正 著「物理を数学へ応用する」
(数学セミナー’14 7月号(日本評論社))

におけるピックの定理の証明・・・

平面の格子点に水を体積1だけ入れたコップを逆さに置く。
一斉にコップを持ち上げると、平面 には深さ1の水がはられる。

イメージ 1

上記の図形をKとすれば、K上に収まる水の体積がKの面積を表す。

Kの任意の辺の中点に関する対称移動 (180°回転 ) を考えることにより、Kの内部にある格子点上のコップの水は、K内に留まるとしてよい。

*ここがよく分からないですが...無限の広さで考えたら…Kで囲まれた格子点と辺上の格子点が占める広さとK内の体積との関係はこれでいいことが直感的にはわかりますね ^^

よって、Kの内部にある格子点の数を、a 個とすれば、その部分の面積は、aとなる。

また、Kの辺上の格子点におけるコップの水は、内角 θ に対して、θ / (2π )だけP内に留まる。
Kの辺上の格子点の数を、b 個とすれば、Kはb角形とみなせ、b角形の内角の和は、
(b−2) π なので、その部分の面積は、(b−2) π / (2π ) =b/2−1となる。

以上から、求めるPの面積は、a+b/2−1となる。」

この証明はよく知られていますが…^^
下の図のようなことを考えたら…
2点 B,Cを結ぶ直線にもう1点Aを取ったときの、
角ABC+角ACB+角BAC=180° が元になってるわけですよね ^^v
Aが線分BCの内側なら…0+0+180°
           外側なら…0+180°+0
イメージ 1

円の中心角を360°と決めてるなら…
外接円の円周角と中心角から即言えますよね?

イメージ 2
すべての多角形は...三角形の内角の和が180°から求められるわけだけど…
円の内角の和は…lim(n→∞)(180*n-180*2) =  ってことねぇ ^^
こいつがなかなか覚えられないのよ…^^;
調べたら分かりやすいサイトがありましたぁ♪

画像:http://yosshy.sansu.org/theorem/ceva_mene.htm より 引用 Orz〜
イメージ 1

「チェバの定理の証明
イメージ 2

図のように、a=△BCG、b=△CAG、c=△ABG とします。
  AF/BF=b/a、BD/CD=c/b、CE/AE=a/c
 より、
  (AF/BF)(BD/CD)(CE/AE)=(b/a)(c/b)(a/c)=1

メネラウスの定理の証明
イメージ 3

図のように、a=△BCG、b=△CAG、c=△DCG とします。
  AF/BF=b/a、BC/CD=a/c、DG/AG=c/b
 より、
  (AF/BF)(BC/CD)(DG/AG)=(b/a)(a/c)(c/b)=1」

*メネラウスの定理って
チェバのGがAC上に来たときと考えればいいような?
(AF/BF)(BD/DC)(CE/AE) において
G=Eと考えれば
(BD/DC)=1, (CE/AE)=(DG/AG)
違うなぁ…Orz
逆に…メネラウスを左右の△で使ったものからチェバがでてきますね ^^

*同サイトには、その拡張形の証明も載ってます ^^;v

画像:http://club.pep.ne.jp/~asuzui/page11.html より 引用 Orz〜
イメージ 4

チェバの定理

イメージ 5
メネラウスの定理

*これを下の図のように変形してみた…^^;
イメージ 7
(AR/RB)*(BP'/P'Q')(Q'C/CA)=1
メネラウスのOはチェバのO'に移動してるのね ^^
それがどうしたですけど…^^;…Orz
O'がBC上にあるように見えるのは気のせいだろか…?...

「チェバの定理とメネラウスの定理は双子の定理
イメージ 6

図1、図2を上のような色分けの三角形を考えて、線分比と面積比の関係を用います。

チェバの定理の証明

http://club.pep.ne.jp/~asuzui/si3.gifhttp://club.pep.ne.jp/~asuzui/si4.gif=1

メネラウスの定理の証明


利用範囲はチェバの定理は中学の平面幾何で、メネラウスの定理は高校の平面幾何はもちろん座標平面にまで及びます。構造的にも、比の取り方においてもチェバの定理よりメネラウスの定理が複雑です。どうもチェバの定理の発展したものがメネラウスの定理に思えてきますが、実はチェバは1650年頃の人、メネラウスは100年頃の人で、チェバの定理よりもメネラウスの定理のほうが1500年も前に考えられていたことになります。」




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