射影幾何學(xué)的復(fù)興(二)

綜合的歐幾里得幾何學(xué)

歐幾里得幾何學(xué)出現(xiàn)了一些新成果,大概產(chǎn)生了數(shù)百個(gè)新定理花椭,顯示出這門古老學(xué)科的新發(fā)展。
熱爾崗(Joseph Diaz Gergonne,1771-1859)和彭賽列首先發(fā)表了如下定理:每個(gè)三角形有9個(gè)特別的點(diǎn):各邊的中點(diǎn)、三條高的垂足、各頂點(diǎn)與垂心連線的中點(diǎn)刹前,這九個(gè)點(diǎn)全在一個(gè)圓周上,稱為九點(diǎn)圓雌桑。這個(gè)定理的發(fā)現(xiàn)常被歸功于K·費(fèi)爾巴哈(Karl Wilhelm Feuerbach,1800–1834喇喉,是一個(gè)高中老師,不是那個(gè)搞哲學(xué)的費(fèi)爾巴哈)校坑,1822年他在書中發(fā)表了這一證明拣技,并給出了九點(diǎn)圓的另一事實(shí):與一條邊和另外兩條邊相切的圓是旁切圓(旁切圓圓心位于兩個(gè)外角平分線和較遠(yuǎn)的那個(gè)內(nèi)角的角平分線交點(diǎn)),費(fèi)爾巴哈定理說九點(diǎn)圓與內(nèi)切圓以及三個(gè)旁切圓都相切耍目。

1816年克雷爾指出怎樣在三角形內(nèi)部求一點(diǎn)P膏斤,使P與三角形頂點(diǎn)的連線和三角形的邊三個(gè)夾角相等,即圖中∠1=∠2=∠3邪驮,怎么求點(diǎn)P'使∠P'AC=∠P'CB=∠P'BA
圖中∠1=∠2=∠3

阿波羅尼奧斯把圓錐曲線看成圓錐的截線莫辨,引起了人們的討論,到17世紀(jì)人們又把圓錐曲線作為平面軌跡進(jìn)行討論毅访,1822年當(dāng)?shù)绿m(Germinal Pierre Dandelin,1794-1847)證明了一個(gè)圓錐曲線和圓錐之間的定理:如果兩球面內(nèi)切于一個(gè)圓錐且都與一個(gè)已知平面相切沮榜,該平面與圓錐交于一條圓錐曲線,那么球面與平面的接觸點(diǎn)是圓錐曲線的焦點(diǎn)俺抽,球面與圓錐相切的圓所在的平面同已知平面的交線是圓錐曲線的準(zhǔn)線敞映。

19世紀(jì)人們討論不依靠變分法而是用純幾何的方法求解極大極小問題。施泰納(Jacob Steiner)用綜合法證明了幾個(gè)定理磷斧,如等周定理:在具有一定周長(zhǎng)的平面圖形中振愿,圓的面積最大。Steiner給了許多證明弛饭,可惜他假定了存在一條曲線使它包圍著最大的面積冕末,狄利克雷勸了他好幾次說他的證明不完全,但施泰納非堅(jiān)持說這是不證自明的(雖然1842年他自己也說侣颂,假定存在最大圖形档桃,則容易證明)
1870s魏爾斯特拉斯通過變分法解決了困擾數(shù)學(xué)家多年的極大化曲線的存在性證明問題,后來(lái)卡拉西奧多里(Constantin Caratheodory,1873-1950)和Eduard Study在不用變分法的情況下嚴(yán)格化了施泰納的證明憔晒,他們的證明(有兩個(gè))是直接的藻肄,而Steiner的方法是間接的。施瓦茨(哥廷根拒担、柏林教授嘹屯,研究偏微分方程和分析學(xué))對(duì)三維等周問題給出了嚴(yán)格證明。

1842年施泰納也證明在具有一定周長(zhǎng)的三角形中从撼,等邊三角形面積最大州弟;他還得到一個(gè)結(jié)果,如果A,B,C是給定的三點(diǎn),且三角形ABC的每個(gè)角都小于120°婆翔,那么使PA+PB+PC最小的點(diǎn)P正好使P處的每個(gè)角為120°拯杠,但如果三角形某個(gè)角大于等于120°,那么P與A重合啃奴。這個(gè)結(jié)果早在1647年就由卡瓦列里證明潭陪,但Steiner不知道,他也把結(jié)果推廣到n個(gè)點(diǎn)纺腊。
P處每個(gè)角為120°

施瓦茨解決了以下問題:已知一個(gè)銳角三角形畔咧,考慮所有頂點(diǎn)在原三角形三邊上的三角形,找周長(zhǎng)最短的三角形揖膜。施瓦茨用綜合法證明誓沸,這個(gè)周長(zhǎng)最短的三角形的三頂點(diǎn)就是已知銳角三角形三個(gè)高的垂足。
頂點(diǎn)為原三角形垂足

1899年霍普金斯教授Frank Morley發(fā)現(xiàn)了歐幾里得幾何學(xué)的一條新定理壹粟,后來(lái)許多人發(fā)表了它的證明拜隧。定理說,如果畫出三角形每個(gè)頂角的三等分線趁仙,則相鄰的三等分線交于一個(gè)等邊三角形的頂點(diǎn)洪添。他的創(chuàng)新在于涉及了三等分線,到19世紀(jì)中葉數(shù)學(xué)家才開始考慮三等分線雀费,因?yàn)橐郧爸挥锌勺鲌D的元素和圖形才在歐幾里得幾何學(xué)中合法干奢,可作圖性保證了存在性,后來(lái)關(guān)于確立存在性的觀念改變了盏袄。
三等分線交于等邊三角形頂點(diǎn)

繼17,18世紀(jì)George Mohr(1640-1697)和Lorenzo Mascheroni(1750-1800)指出尺規(guī)作圖可以只用圓規(guī)忿峻,人們也為減少尺規(guī)使用作出努力。1822年彭賽列證明能用尺規(guī)作圖的元素(除了圓辉稹)都能只用直尺畫出逛尚,只需事先給一個(gè)固定圓和圓心。施泰納以更優(yōu)美的形式重新證明了該結(jié)果刁愿。

當(dāng)然解析幾何還是有很多人在用绰寞,比如熱爾崗給出了許多幾何定理的解析證明,發(fā)表在他創(chuàng)辦的雜志《數(shù)學(xué)紀(jì)事》上铣口。

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