Симметpия, как бы шиpоко или узко мы ни понимали это слово, есть идея, с помощью котоpой человек в течение веков пытался объяснить и создать поpядок, кpасоту и совеpшенство.
Геpман Вейль
Введение
Со временем замечаешь, как непохожи друг на друга пути, ведущие к решению красивых геометрических проблем. Бесконечность возможных направлений поиска многих людей приводит в трепет, но одновременно дает хорошую надежду отыскать свою собственную дорогу в геометрическом лабиринте. В любом случае открытие метода, позволяющего решить целый ряд сложных задач, является событием большой редкости. Об одном из таких методов и пойдет речь в этой статье. Мы начинаем с перечисления некоторых классических проблем, решения которых будут приведены позже.
A. Четыре окружности w1 , w2 , w3 и w4 расположены таким образом, что wi касается wi+1 для i < 4, а w4 касается w1 . Образуются четыре точки касания. Доказать, что найдется окружность, проходящая через все эти точки.
B. Разделить с помощью циркуля данный отрезок [AB] на n равных частей (n Î N).
Возможно вы искали - Реферат: Математика в химии и экономике
C. Только с помощью циркуля найти центр данной окружности.
D. Даны точки A, B, C, D и окружность w. Только с помощью циркуля найти пересечение прямых (AB) и (CD), а также точки пересечения прямой (AB) с окружностью w (задачи геометрии Мора-Маскерони).
E. Построить окружность, которая проходит через две данные точки A и B и касается данной окружности w1 .
F. Построить окружность, проходящую через данную точку и касающуюся двух данных окружностей.
G. Построить окружность, касающуюся трех данных окружностей (задача Аполлония).
Похожий материал - Реферат: Об ориентационной поляризации спиновых систем
H. Для двух различных точек A и B и положительного числа k найти геометрическое место точек X, для которых отношение |XA|/|XB| равно k ¹ 1 (окружность Аполлония).
I. Для произвольного треугольника через r, R и d обозначим соответственно радиусы вписанной и описанной окружностей и расстояние между их центрами. Доказать, что d2 = R2 -2Rr (формула Эйлера).
Инверсия и ее свойства
В 1831 году Л. Дж Магнус впервые стал рассматривать преобразование плоскости, которое получило название симметрии относительно окружности или инверсии (от лат. inversio - обращение). Под инверсией плоскости a относительно окружности w(O,R) с центром в точке O и радиусом R понимают такое преобразование множества a\{O}, при котором каждой точке A Îa\{O} ставится в соответствие такая точка A¢, что A¢ лежит на луче [OA) и |OA|·|OA¢| = R2 (далее будем использовать обозначение invO R (A) = A¢). Заметим сразу, что инверсия не определена в точке O, но иногда бывает полезно добавить к плоскости одну бесконечно удаленную точку, т.е. рассмотреть множество aÈ{¥} и при этом считать, что invO R (O) = ¥ и invO R (¥) = O.
На рис. 1 указан способ построения образа точки A при инверсии относительно окружности w = w(O,R). Для этого проводят перпендикуляр (AB) к прямой (OA) и из точки пересечения wÇ(AB) проводят касательную к окружности w. Из подобия треугольников DOAB и DOBA¢ получаем отношение |OA|/ |OB| = |OB|/ |OA¢| или
|OA|·|OA¢| = |OB|2 = R2 . Следовательно invO R (A) = A¢.
Очень интересно - Доклад: Напряжённость хронополя, или как обнаружить гравитационную волну
Рис. 1
На рис. 2 построение образа выполнено только с помощью циркуля (в предположении, что |OA| > R/2). Для этого достаточно провести окружность
w(A,|OA|) и для двух точек пересечения w(O,R)Çw(A,|OA|) построить равные окружности w(B,R) и w(C,R). Вторая точка пересечения w(B,R)Çw(C,R), отличная от точки O, является искомой. Для доказательства используем подобие равнобедренных треугольников DOBA¢ и DOBA. Сначала получаем |OA¢|/ |OB| = |OB|/|OA|, а затем, необходимое |OA|·|OA¢| = |OB|2 = R2 . Если же |OA|£ R/2, то сначала увеличивают отрезок [OA] в n раз до отрезка [OB] (удвоение отрезка показано на рис. 3 - последовательно откладывают радиус |OA| на окружности w(A,|OA|) и используют свойство правильного вписанного шестиугольника), после этого находят B¢ = invO R (B) и снова увеличивают (а не уменьшают!) отрезок [OB¢] в n раз до отрезка [OC]. Можно доказать, что C = invO R (A).
Вам будет интересно - Реферат: Задачи на наибольшее и наименьшее значения функций
Рис. 2 Рис. 3
Из многочисленных свойств инверсии рассмотрим лишь следующие. Пусть
A¢ = invO R (A) и B¢ = invO R (B).
I. Если A ¹ B, то A¢¹ B¢.
Утверждение требует проверки только когда лучи [OA) и [OB) совпадают. В этом случае |OA|¹|OB| и поэтому |OA¢|¹|OB¢|. Приходим к неравенству A¢¹ B¢.
Похожий материал - Доклад: Вероятность случайного события
II. Все точки окружности w(O,R) при инверсии invO R остаются неподвижными. Внутренние точки круга с границей w(O,R) переходят во внешние, а внешние - во внутренние.
Первая часть утверждения очевидна, а вторая следует из замечания: если
|OA| < R, то |OA¢| = R2 /|OA| > R.
III. Если A¢ = invO R (A), то A = invO R (A¢). Для произвольных фигур F и F¢ из условия F¢ = invO R (F) также следует F = invO R (F¢).