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【趣味数学题】海什木的月牙形

2021-09-22 17:27 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

【问题】

哈桑·伊本·海什木Hasan Ibn al-Haytham,约公元965 约公元1050年), 阿拉伯学者、数学家、物理学家、天文学家、哲学家和医学家。“海什木月牙形” 来自海什木所研究的“化圆为方”问题。设 X%E3%80%81Y  表示两个月牙形(lune)的面积(蓝色和绿色阴影区域),Z 表示月直角三角形的面积(红色阴影区域)。证明两个月牙形的面积等于直角三角形的面积。


【题解】

X%E3%80%81Y  表示两个月牙形(lune)的面积(蓝色和绿色阴影区域),Z 表示月直角三角形的面积(红色阴影区域)。设 U%E3%80%81V 表示在直角三角形和月牙形之间的无阴影区域。

直角三角形ABC 的面积是

Z%3D%5Cfrac%7BAC%20%5Ccdot%20BC%7D%7B2%7D

无阴影区域的面积(在直角三角形和月牙形之间)等于直径为 AB 的半圆的面积减去直角三角形ABC 的面积。

U%2BV%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAB%7D%7B2%7D%5Cright)%5E2-%5Cfrac%7BAC%20%5Ccdot%20BC%7D%7B2%7D

两个月牙形的面积等于两个半圆(直径 AC 和直径 BC)的面积之和减去无阴影区域的面积。

X%2BY%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAC%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BBC%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20-%20(U%2BV)

X%2BY%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAC%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%2B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BBC%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20-%20%5Cleft%5B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAB%7D%7B2%7D%5Cright)%5E2-%5Cfrac%7BAC%20%5Ccdot%20BC%7D%7B2%7D%20%5Cright%5D

X%2BY%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cpi%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAC%5E2%2BBC%5E2%20-%20AB%5E2%7D%7B4%7D%20%5Cright)%2B%5Cfrac%7BAC%20%5Ccdot%20BC%7D%7B2%7D%20

由于勾股定理

AC%5E2%2BBC%5E2%20-%20AB%5E2%20%3D%200

所以

X%2BY%3D%20%5Cfrac%7BAC%20%5Ccdot%20BC%7D%7B2%7D%20

X%2BY%3DZ






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