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【趣味数学题】鞋匠刀形

2021-09-25 15:42 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛 (Tao Steven Zheng)著

【问题】

塔比·伊本·库拉(Thabit ibn Qurra,约公元 826 年 – 901 年)在《引理集》[1] 描述了一种叫做鞋匠刀(arbelos)的形状。图中的鞋匠刀形是由AB、AD和BD为直径的三个半圆(蓝色阴影区域)所围成的形状,还有一个直径为CD的圆(红色阴影区域)。求鞋匠刀形的面积与圆的面积比率。

[1]因为最早的版本是阿拉伯文写的,还有书中用第三人称提出阿基米德的名字,所以不能确认《引理集》是塔比·伊本·库拉还是阿基米德的著作。


【题解】

圆面积


%5Cfrac%7BAD%7D%7BCD%7D%20%3D%20%5Cfrac%7BCD%7D%7BBD%7D

CD%5E2%20%3D%20AD%20%5Ccdot%20BD

%20%7BA%7D_%7Bcircle%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%20AD%20%5Ccdot%20BD%20


鞋匠刀形面积


%7BA%7D_%7Barbelos%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B2%7D%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAB%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B2%7D%20%5Cleft(%5Cfrac%7BAD%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B2%7D%20%5Cleft(%5Cfrac%7BBD%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2


因为

%20AB%20%3D%20AD%20%2B%20BD%20

AB%5E2%20%3D%20AD%5E2%20%2B%202AD%5Ccdot%20BD%20%2B%20BD%5E2%20

所以

%7BA%7D_%7Barbelos%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B8%7D%20%5Cleft(AD%5E2%20%2B%202AD%5Ccdot%20BD%20%2B%20BD%5E2%20%5Cright)%20-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B8%7D%20AD%5E2%20-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B8%7D%20BD%5E2%20
%7BA%7D_%7Barbelos%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%20AD%20%5Ccdot%20BD%20


因此

%20%7BA%7D_%7Barbelos%7D%20%3D%20%7BA%7D_%7Bcircle%7D%20

然后

%7BA%7D_%7Barbelos%7D%3A%7BA%7D_%7Bcircle%7D%20%3D%201%3A1%20


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