开普勒三角

开普勒三角形是特殊的直角三角形,它的三边之比等于1:\sqrt\phi:\phi,其中\phi是黄金比,\phi=\frac{\sqrt5+1}{2}.德国数学家及天文学家开普勒最早提出三边满足此比例的三角形。这种三角形将黄金比的性质与勾股定理巧妙地结合在了一起.

与代数的关系
给定两个正实数a、b,若他们的算术平均数、几何平均数、调和平均数能够构成一个直角三角形,那么这个直角三角形一定是开普勒三角形。
作开普勒三角形
开普勒三角形可通过尺规作图法作出。方法是先作出黄金矩形。

#用尺规作图法作一个正方形
#作出其中一边的中点
#连接这一中点与与之相对的正方形的顶点
#以这一中点为圆心,已作出的线段的长为半径作弧。并作出长方形的长边。
#补全作出的黄金矩形
#以黄金矩形的一个顶点为圆心,一条长边的长为半径作弧交另一长边于一点,连接该点与顶点,即作出了开普勒三角形。

數學巧合
若繪製一個三邊為a, a \sqrt{\varphi}, a \varphi,的开普勒三角形,並且考慮

  • 其外接圓
  • 邊長等於a \sqrt{\varphi}(三角形中數值介於中間的邊長)的正方形

則正方形的周長(4a \sqrt{\varphi})和圓的周長(a \pi \varphi)相當接近,誤差小於0.1%。

這是因為\pi \approx 4/\sqrt\varphi的數學巧合,上述的圓和正方形其周長不可能相同,若是相同,就可以求解化圓為方的不可能問題了。換句話說\pi \neq 4/\sqrt\varphi,因為\pi是超越數。

一些資料指出,埃及金字塔設計時有用到开普勒三角。不過古埃及人可能不知道有關\pi和黃金比例\varphi之間的數學巧合。

參考資料
参见
*黄金菱形
*黄金三角形

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