quote:
Het lijkt me juist prima om af en toe dit soort dingen te doen. Lees de OP nog even, daar is sprake van
passies toch?
quote:
Ik kwam een interessant vraagstuk tegen wat gemakkelijk te begrijpen is maar desalniettemin erg leerzaam is.
Heron's probleem. De vraag. Plaatsen A en B liggen langs een rivier, je moet via die rivier van A naar B. Wat is de kortste weg? Probeer het geometrisch op te lossen als je het zelf probeert, niet met rekenen.
Het is een beetje jammer dat je dit vraagstuk niet in de oorspronkelijke vorm geeft, want die is wel interessanter. Maar eerst iets over de man zelf en zijn werk.
Heron van Alexandrië was zeker geen zuiver wiskundige, eerder iemand die je nu een werktuigbouwkundig ingenieur zou noemen, en hij construeerde dan ook diverse toestellen zoals een verkoopautomaat, pompen, en een voorloper van de stoommachine. Als men het belang van deze en soortgelijke uitvindingen had ingezien, dan had de industriële revolutie wellicht 1500 jaar eerder kunnen plaatsvinden. Daarnaast was hij uitstekend op de hoogte met de wiskunde van zijn tijd en leverde hij ook originele bijdragen, zoals een bewijs voor de parallellogramconstructie bij de samenstelling van twee verplaatsingen, oftewel de optelling van vectoren
avant la lettre.
Zijn naam is nog verbonden aan de
methode van Heron voor het berekenen van vierkantswortels, een methode die echter veel eerder ook al aan de Babyloniërs bekend was. Deze methode komt er (in moderne notatie) op neer dat als x
n een benadering is van √A die iets te klein is, dat A/x
n dan een iets te grote benadering is van √A en
vice versa, zodat we dus een betere benadering kunnen krijgen dan de slechtste van deze twee benaderingen door ze te middelen, wat een nieuwe benadering x
n+1 = ½(x
n + A/x
n) geeft. Het is gemakkelijk na te gaan dat deze iteratie equivalent is met de Newton-Raphson iteratie voor √A.
Daarnaast is zijn naam verbonden aan de
formule van Heron voor de bepaling van de oppervlakte van een driehoek waarvan de lengtes van de drie zijden zijn gegeven, in moderne notatie
waarin a, b, c de lengtes zijn van de drie zijden, terwijl
de halve omtrek is van de driehoek. De gewoonte om de halve omtrek van een driehoek oftewel de halve som van de zijden (
semisumma laterum) aan te geven met de letter s gaat terug op Euler, die ook een bewijs gaf van de formule van Heron. Er zijn veel verschillende bewijzen (meetkundig, algebraïsch, goniometrisch) voor de formule van Heron, maar het originele (en zeer ingenieuze) bewijs van Heron was lange tijd onbekend, totdat in 1896 een manuscript met de complete tekst van zijn
Metrica werd ontdekt.
Voor een bespreking van dit bewijs en het overige wiskundige werk van Heron kun je voor een eerste oriëntatie uitstekend terecht in het onvolprezen werk van Sir Thomas Heath,
A History of Greek Mathematics (2 dln., Oxford 1921), dat online beschikbaar is (
Volume 1,
Volume 2). Heath
opent zijn hoofdstuk over Heron met de lang omstreden kwestie van de datering van Heron. In 1938 liet
Otto Neugebauer echter zien dat een in Heron's werk
Dioptra beschreven maansverduistering, waargenomen te Alexandrië, alleen de maansverduistering van 13 maart 62 (Juliaanse kalender) kan zijn geweest, wat dus een
terminus post quem oplevert voor het ontstaan van de tekst en daarmee voor het einde van zijn leven. Men neemt nu algemeen aan dat hij heeft geleefd in de eerste eeuw n.C.
Van alle bewaard gebleven werken van Heron is in de periode 1899-1914 bij
Teubner in Leipzig een wetenschappelijke uitgave verschenen met een kritisch apparaat, uitvoerige commentaren en inleidingen, alsmede een Duitse vertaling van alle teksten. Deze editie (herdrukt in 1976 bij de destijds West-Duitse divisie van Teubner in Stuttgart) is online beschikbaar via
Gallica.
Het vraagstuk dat je aan de orde stelt is in feite een stelling afkomstig uit een werk van Heron dat bekend staat als de
Catoptrica, wat al aangeeft dat het handelt over spiegelingen (Gr. κάτοπτρον 'spiegel'). De Griekse tekst is ergens in de middeleeuwen verloren gegaan, maar de Vlaamse geestelijke
Willem van Moerbeke heeft er een Latijnse vertaling van gemaakt die wel bewaard is gebleven, zodat we er nu nog kennis van kunnen nemen. In de Teubner editie is de Latijnse tekst van de
Catoptrica (met Duitse vertaling) opgenomen in Vol. 2, en de stelling waar het om gaat komt aan de orde in hoofdstuk IV,
hier. Heron stelt dat bij een spiegel de gelijkheid van de hoek van inval en de hoek van uitval impliceert dat het licht vanaf een object naar een waarnemer die het object via de spiegel waarneemt de kortst mogelijke weg aflegt.
Uitgaande van het diagram dat je zelf postte kunnen we dit als volgt inzien.
Zij s een rechte en laten A en B twee punten zijn aan dezelfde zijde van de rechte s zodanig dat lijnstuk AB niet loodrecht staat op de rechte s. Zij verder C het spiegelbeeld van A in s. Aangezien de punten A en C en daarmee ook de punten B en C aan weerszijden van de rechte s liggen, snijdt het lijnstuk BC de rechte s in een punt P. Kies nu een willekeurig tweede punt Q ≠ P op de rechte s. Ik beweer nu dat
AP + PB < AQ + QB
Bewijs:
Zij R het snijpunt van lijnstuk AC met de rechte s. Dan is AR = CR en AC ⊥ RP en dus ∠ARP = ∠CRP en daarmee △ARP ≅ △CRP (ZHZ) en dus AP = CP. Evenzo is △ARQ ≅ △CRQ (ZHZ) en dus AQ = CQ. Merk op dat AQ = CQ ook geldt als Q = R aangezien AR = CR. Nu is
AP + PB = CP + PB = CB < CQ + QB = AQ + QB
en dus
AP + PB < AQ + QB
QED
Aangezien △ARP ≅ △CRP is ∠(AP, s) = ∠APR = ∠CPR en aangezien ook (overstaande hoeken) ∠CPR = ∠BPQ = ∠(BP, s) is dus inderdaad
∠(AP, s) = ∠(PB, s)
Het is verder gemakkelijk in te zien dat in de figuur voor △APQ geldt ∠APQ + ∠AQP = (180° − ∠(AP, s)) + ∠(AQ, s) < 180° en daarmee ∠(AQ, s) < ∠(AP, s). Evenzo kunnen we zien dat voor △BPQ geldt ∠BPQ + ∠BQP = ∠(PB, s) + (180° − ∠(QB, s)) < 180° en daarmee ∠(PB, s) < ∠(QB, s). Dus hebben we
∠(AQ, s) < ∠(AP, s) = ∠(PB, s) < ∠(QB, s)
en daarmee ∠(AQ, s) < ∠(QB, s). Uiteraard geldt dit voor een punt Q op de rechte s tussen punt P en het voetpunt van de loodlijn uit punt B op s, maar het is triviaal dat dit eveneens geldt als punt Q samenvalt met het voetpunt van de loodlijn uit B op s of rechts van dit voetpunt op s ligt, aangezien AQ dan hoek PQB deelt. Ligt punt Q daarentegen tussen punt R en punt P, dan kunnen we volkomen analoog laten zien dat ∠(AQ, s) > ∠(QB, s), en uiteraard geldt dit eveneens als punt Q samenvalt met punt R of links daarvan op de rechte s ligt, aangezien QB dan hoek AQP deelt. Daarmee is ∠(AQ, s) ≠ ∠(QB, s) voor elk punt Q op de rechte s anders dan P. De gelijkheid van de hoek van inval en de hoek van uitval impliceert dus inderdaad dat het licht van een object in punt A naar een waarnemer in punt B die het object via de spiegel s waarneemt de kortst mogelijke weg aflegt.
[ Bericht 0% gewijzigd door Riparius op 16-10-2014 14:13:10 ]