Triangles on a ball
هذه الصفحة غير مترجمة بعدُ إلى العربية، لذلك تُعرض باللغة English.
ساعد في الترجمة →السؤال
On flat paper the angles of every triangle add up to 180°, and a² + b² = c² in every right triangle. Draw a triangle on a ball instead. Is either rule still true?
جرّب التجربة قبل متابعة القراءة. لا توجد طريقة خاطئة للاستكشاف.
التجربة
مثلثات على سطوح منحنية
اسحب الرؤوس. في المستوي المسطّح مجموع الزوايا 180°؛ وعلى الكرة أكثر، وفي المستوي الزائدي أقل.
اسحب رأسًا لتحريكه؛ واسحب في أي مكان آخر لتدوير الكرة. الأضلاع أقواس من دوائر عظمى — أقصر الطرق على الكرة.
- ∠A80.6°
- ∠B66.6°
- ∠C64.7°
∠A + ∠B + ∠C = 212.0°
- الزيادة الزاوية (المجموع − 180°)
- 32.0° = 0.558 rad
- المساحة، مقيسة عدديًا
- 0.558 R²
- نصيبه من الكرة كلها (المساحة ÷ 4πR²)
- 4.44 %
∠A + ∠B + ∠C − π = المساحة / R²على كرة نصف قطرها R، الزيادة بالراديان تساوي المساحة مقسومة على R². تُحسب المساحة بشكل منفصل، بالتكامل العددي، فالتطابق تحقُّق لا افتراض.
∠A + ∠B + ∠C − π = K · المساحة
| مستوٍ مسطّح | K = 0 | ∠A+∠B+∠C = 180° |
|---|---|---|
| كرة | K = 1/R² | ∠A+∠B+∠C > 180° |
| مستوٍ زائدي | K = −1 | ∠A+∠B+∠C < 180° |
هذه لمحة أولى عن مبرهنة غاوس–بونيه: في مثلث أضلاعه خطوط جيوديسية (أقصر الطرق)، مجموع الزوايا ناقص π يساوي الانحناء الكلي داخله. هنا الانحناء K ثابت في كل مكان؛ وعلى سطوح أخرى نجمع (نكامل) K على المساحة.
تلميحات، إن أردتها
ما الذي يحدث
ما الذي يحدث
On a sphere the "straight lines" are great circles — circles whose centre is the centre of the sphere, like the equator. The walk in the first hint makes a triangle with three right angles: its angles add up to .
Albert Girard found the rule in 1629. On a sphere of radius , a triangle with angles (in radians) has
Our triangle covers one eighth of the sphere, so its area is , and the excess is — exactly the extra .
Pythagoras fails too. All three sides of that triangle are quarter-circles of the same length , so . The spherical version of the theorem is
and for small triangles it is very close to — which is why flat geometry works so well for drawing a field or a town, even though the Earth is round.
The difference between the angle sum and measures how curved a surface is. On a saddle-shaped surface — the hyperbolic plane — triangles have angle sums less than . Gauss, Bolyai, Lobachevsky and Riemann turned these observations into non-Euclidean geometry, and Einstein used curved geometry to describe gravity.
إلى أين يقود هذا
- بداية المرحلة الجامعية · الدرس متاحNon-Euclidean geometry: spherical and hyperbolicWhat happens when the parallel postulate fails: geometry on the sphere, the Poincaré disc and half-plane models of the hyperbolic plane, angle sums and area, curvature as the measure of the difference, and the independence of the parallel postulate.
- المرحلة الجامعية المتقدمة · الدرس متاحDifferential geometry of curves and surfacesCurvature and torsion of space curves, the first and second fundamental forms of surfaces, Gaussian and mean curvature, Gauss's Theorema Egregium, geodesics and the Gauss–Bonnet theorem.
- السنة الأولى من الدراسات العليا · الدرس متاحRiemannian geometryCurved spaces studied from the inside: Riemannian metrics, the Levi-Civita connection, geodesics and the exponential map, curvature tensors, Jacobi fields, the global Gauss–Bonnet theorem, Hopf–Rinow, and comparison theorems such as Bonnet–Myers.