Pytanie:
W jaki sposób odkryto właściwość focus / directrix przekrojów stożkowych?
PhD
2018-03-01 04:25:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zawsze myślałem, że definiowanie przekrojów stożkowych za pomocą zbioru punktów przy stosunku odległości do ogniska i kierownicy jest zawsze „zbyt sztuczne” - jak właściwie odkryć tę tajemniczą kierownicę , linia, która tak naprawdę nigdzie nie leży, gdy podwójny stożek przecina samolot; lub punkt centralny, w którym wszystkie „promienie odbijające stożek” spotkałyby się (tj. dla paraboli)

Pewne matematyczne myślenie / kreatywność musiało wejść w „odkrycie” tego faktu. Przeszukałem historię starożytnej Grecji, ale nie udało mi się niczego odkryć.

Najlepsze, jakie mam, to takie (moja najlepsza interpretacja, z History of Greek Math, tom 2 - Heath) , Str. 119):

Solid Loci Aristaeusa rozważał loci, które okazały się być odcinkami stożkowymi. Twierdzenia, do których nawiązuje Pappus z Aleksandrii, są teoriami wysuniętymi przez Solid Loci. Istnieje możliwość, że właściwość focus-directrix była znana Euclidowi, ale nie ma rozstrzygających dowodów. Jednak kierownica ostrości została prawdopodobnie „zdefiniowana” jako taka przez Pappusa.

AKTUALIZACJA: Przyjęta odpowiedź była świetnym kierunkiem i pomogła mi wykopać arabski Tłumaczenie „ On Burning Mirrors by Diocles”, które udowadnia istnienie ogniska (Twierdzenie 1), a także zapewnia konstrukcję paraboli poprzez właściwość focus-directrix (prop. 4-5). Jest to prawdopodobnie „pierwsze” istniejące źródło, które rzuca światło na to, jak do tego doszło i Diokles przypisał to Dositheusowi, ale ten ostatni nigdy nie dostarczył dowodu geometrycznego, jak się wydaje.

Redagowałem pytanie, aby dotyczyło historii, edukacyjną stroną „ponownego odkrywania” można zająć się na [Math Educators SE] (https://matheducators.stackexchange.com) lub [Math SE] (https: //math.stackexchange. pl / pytania).
Czy przypadkiem znalazłeś jakiś dowód analogiczny do twierdzenia 1 poza hiperbolą i elipsą?
@JoaquinBrandan - nie żebym pamiętał. Minęło trochę czasu. Oto mój tok myślenia - możliwość „przybicia” do _pierwszego_ użycia takiej właściwości, dla innych osób byłoby to _naturalne_, aby zobaczyć, czy mogą mieć podobne konstrukcje dla elipsy / hiperboli. Założę się, że greckie prace nad Solid Loci będą miały to, czego szukasz. Chociaż jeśli szukasz pierwszego zastosowania kierownic do elipsy / hiperboli, to jestem trochę poza zasięgiem, aby poznać odpowiedź na to pytanie.
Dzięki. Właściwie szukam podobnego dowodu. Te geometryczne dowody, które ci faceci robią, są o wiele bardziej intuicyjne niż te współczesne. Jeśli nie mogę ich znaleźć, spróbuję je wyprowadzić, ale straciłem rachubę książek, które szukałem, próbując je znaleźć.
Dwa odpowiedzi:
Conifold
2018-03-01 06:29:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Obawiam się, że odpowiedź będzie rozczarowująca, ale typowe, „naturalne” i „sztuczne” to pojęcia bardzo względne. „Odkrycie” właściwości ognisko-kierownica było prawdopodobnie technicznym lematem w badaniach stałych loci, który później został również wykorzystany w badaniu zakrzywionych zwierciadeł. Kiedy się wydawało, Grecy niewiele z niego robili, jego współczesne znaczenie w teorii przekrojów stożkowych jest późnym artefaktem.

Najwcześniejszym istniejącym źródłem, jakie mamy, jest „On Burning Mirrors” Dioklesa. Pracuje on nad wcześniejszymi pracami Euclida nad zwierciadłami sferycznymi. Chodziło oczywiście o znalezienie kształtu, który zbierałby promienie słoneczne (zakładając, że byłyby równoległe) w jednym punkcie, ognisku. Jak zauważył Knorr, zredukowanie właściwości ogniskowania promienia do właściwości ogniska-kierownica, aby „odkryć”, że posiada parabolę, wymagałoby czegoś w rodzaju rozwiązania równania różniczkowego, które wykraczało poza możliwości Greków. Następnie spekulował, że ktoś (być może przyjaciel Archimedesa, Dositheus) dokonał „szczęśliwego przypuszczenia”, a następnie pokazał, że krzywa skonstruowana przez właściwość ognisko-kierownica jest parabolą (podobną demonstrację elipsy opisuje Anthemius). Acerbi sugeruje inną rekonstrukcję w The Geometry of Burning Mirrors in Greek Antiquity, gdzie można znaleźć geometryczne szczegóły tego, w jaki sposób nieruchomość powstała jako lemat:

" Ogniskowe właściwości paraboli uzyskano jako produkt uboczny próby udowodnienia, że ​​właściwość subtangensa jest sumptomą krzywej . O znaczeniu tej właściwości w oczach starożytnych geometrów nie trzeba wydawać tylu słów. Przypomnij sobie, że Archimedes dobrze znał właściwość subtangensa ... W konsekwencji właściwość ogniskowa okazuje się kluczowa dla zastosowania subtangenta jako metody skonstruować parabolę o zadanym wierzchołku i parametrze (por. Konst. I.52, co jednak nie prowadzi bezpośrednio do konstrukcji punktowej) i daje możliwość rozwiązania przez redukcję konkretnego przypadku problemu śledzenia sekcja stożkowa po tym, jak niektóre jej styczne są znane.

" [Założenie] jest takie, że właściwość tak ważna (dla nas), jak kierownica ogniska, nie może być zredukowany do statusu zwykłej funkcjonalności do punktowego określenia paraboli , jak bezsprzecznie ma to miejsce w Podejście Dioklesa i jak sam Knorr musi rozpoznać ... Po tej własności nie ma śladu w Conica Apoloniusza , ponieważ istnieją teraz (przypomnijmy, że odnosi się ona tylko do osi, i dlatego nie jest to sumptoma, który można odnieść do dowolnej średnicy).

" Toomer przypuszczał, że sam Diokles był odkrywcą własności w przypadku paraboli, jej słuszność rozciągnięty po nim na inne sekcje stożkowe. Te kilka lematów, które podaje Pappus, na samym końcu VII księgi jego Collectio ... jest jedynym poświadczeniem w starożytnym korpusie faktu, że właściwość focus-directrix jest sumptoma kilku sekcji stożkowych (sformułowanie jako locus potwierdza to dokładnie).

Zeuthen (1886, s. 210–215 i 367–371) zauważa, że ​​jeśli Pappus musiałby jasno sformułować taki lemat, to –Directrix należało przyjąć za pewnik w Loci on a Surface. Uwaga Zeuthena może zostać uzupełniona przez przypuszczenie, że najbardziej „naturalnym” miejscem, w którym nieruchomość została ustalona, ​​oczywiście w powyższej formie sumptomy sformułowanej jako ograniczenie identyfikujące miejsce, jest Solid Loci Aristaeusa ... Podsumowując, jeśli jeden nie chce zapuszczać się w puste przypuszczenia, to minimalna hipoteza jest taka, że ​​właściwość została wykorzystana w Loci na powierzchni jako etap pośredni w analizie jakiegoś miejsca, ale została po prostu uznana za sumptoma przekroju stożkowego ”.

Twoje wskazówki były wnikliwe. Po długich poszukiwaniach znalazłem świetne odniesienie, które dostarcza arabskiego tłumaczenia „O płonących lusterkach” Dioklesa - jego pierwszą propozycją jest „dowód na to, że promienie równoległe spotkają się w ognisku”, a rekwizyty 4-5 rekonstruują parabolę za pomocą directrix i udowadniając, że wynik jest w istocie parabolą. http://www.math.harvard.edu/archive/hist_206r_2009/Too_1976.pdf A więc do twojego punktu, myślę, że cała historia jest * dość interesująca * i nie jest nawet odrobinę rozczarowująca! Dzięki za wskazówki;)
@PhD Przysięgam, to poważna kontynuacja, cieszę się, że ci się udało! Pomyślałem, że byłoby to rozczarowujące, ponieważ nie daje „naturalnego” sposobu przechodzenia od definicji przekroju stożka do właściwości focus-directrix.
Masz rację. To nie jest naturalne „w ten sposób”. Ale biorąc pod uwagę „problem” i znalezienie rozwiązania, przedstawienie dowodu wydaje się „naturalne”. To świetna opowieść o odkryciu AFAIK i znacznie lepsza niż „zastanawianie się”, jak do diabła to się stało. Naprawdę trudno mi było „medytować” i znaleźć rozwiązanie. Są sposoby, aby to „odgadnąć” lub poddać inżynierii wstecznej, ale nie ma nic, co mogłoby kogoś „zachwycić”.
Niepowiązane, ale bylibyśmy wdzięczni za pomoc w tej sprawie, jeśli to możliwe: https://math.stackexchange.com/questions/2674177/what-is-the-parameter-on-the-squares-of-the-ordinates-w-r-t-a-parabola
@PhD Dla mnie to trochę rozdzierające głowę, ale przypomniałem sobie „naturalny” sposób „odkrywania” właściwości focus-directrix. Został wynaleziony przez Dandelina w 1822 roku i polega na wpisaniu w stożek dwóch (jednej dla paraboli) tak zwanych sfer ogniskowych, patrz [Dandelin spheres] (http://nonagon.org/ExLibris/dandelin-spheres-conic-sections).
@PhD, czy nadal masz ten plik PDF przy sobie? łącze nie działa.
@JoaquinBrandan Wydaje mi się, że była to darmowa wersja [Toomer's Translation 1976] (https://www.springer.com/gp/book/9783642809835) Diocles, On Burning Mirrors.
terry-s
2018-03-01 06:07:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zwykle zgadzam się z sentymentem wyrażonym w pytaniu, że definicja stożków od ogniska-kierownica wydaje się sztuczna (i niezręczna). A jednak ma swoich zwolenników. Aby odpowiedzieć na pytanie „W jaki sposób uczeń może samodzielnie odkryć właściwości ogniska / kierownicy?” przydatne może być przyjęcie podejścia a posteriori , rozważając materiał w książce stożków, która szeroko opisuje te właściwości.

Przykład książki, w której stosowano to podejście, osiągnął około XIX-wieczną popularność, przynajmniej w wielu wydaniach: Przekroje stożkowe, traktowane geometrycznie przez WH Besanta. Jej dowody mogą (z medytacją) dostarczyć pewnych heurystycznych wskazówek!



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...