康威与平面几何
2021-11-22蒋迅
语数外学习·高中版上旬 2021年8期
蒋迅


英国数学家约翰·康威(John Conway)于2020年4月11日因新冠肺炎并发症在美国新不伦瑞克市(普林斯顿附近)的老人疗养院去世,终年82岁.康威的去世震惊了整个数学界.他在数学上的成就是多方面的,他的研究领域包括有限群、趣味数学、纽结理论、数论、代数、分析、算法组合、博弈论、编码学以及理论物理学等范畴.本文介绍了他在平面几何方面的一些工作,以此纪念这位伟大的数学家.
一、康威圆定理
“康威圆”(Conways Circle)定理是一个平面几何定理.
如图 2,圆的圆心就是内切圆的圆心.记 r 为内切圆的半径,s 为三角形的半周长,那么R还有一个用 r 和 s 表示的更简洁的公式.
康威在一个讨论几何问题的社交群里发布了这个定理.后来人们就把它称为了康威圆.他在与网友们讨论时还指出,当延伸的距离分别为 a +x , b+x和 c +x 时,该结论仍然成立.其中 a +x,b +x 和 c +x 都为大于零的任意实数.
证明的思路是证明从点l到点的距离都相等.
如图3,
由上述推理,我们得出结论:六点共圆且圆心就是内切圆的中心.
二、康威發现的与平面几何有关的其他结论
康威曾经对平面几何很入迷.康威发现边长为1、2和的直角三角形可以分割成五个全等的直角三角形,并且它们都与原来的三角形相似,如图5.后来美国数学家查理·拉丁(Charlie Latin)由此构造出了第一个非周期平铺(pinwheel tiling)的平面三角形,如图6,而且这类三角形的方向有无穷多.后来,康威发现,平分三角形面积的线段并不都通过三角形的重心.这似乎与人们的直觉……
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