Triangles on a ball
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Ayuda a traducir →La pregunta
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?
Prueba el experimento antes de seguir leyendo. No hay una forma equivocada de explorar.
Experimento
Triángulos en superficies curvas
Arrastra los vértices. En un plano llano los ángulos suman 180°; en una esfera suman más, y en el plano hiperbólico, menos.
Arrastra un vértice para moverlo; arrastra en cualquier otro sitio para girar la esfera. Los lados son arcos de círculos máximos, los caminos más cortos sobre una esfera.
- ∠A80.6°
- ∠B66.6°
- ∠C64.7°
∠A + ∠B + ∠C = 212.0°
- Exceso angular (suma − 180°)
- 32.0° = 0.558 rad
- Área, medida numéricamente
- 0.558 R²
- Parte de toda la esfera (área ÷ 4πR²)
- 4.44 %
∠A + ∠B + ∠C − π = Área / R²En una esfera de radio R, el exceso en radianes es igual al área dividida entre R². El área se calcula por separado, mediante integración numérica, así que la coincidencia es una comprobación y no una suposición.
∠A + ∠B + ∠C − π = K · Área
| Plano llano | K = 0 | ∠A+∠B+∠C = 180° |
|---|---|---|
| Esfera | K = 1/R² | ∠A+∠B+∠C > 180° |
| Plano hiperbólico | K = −1 | ∠A+∠B+∠C < 180° |
Es un primer vistazo al teorema de Gauss–Bonnet: en un triángulo cuyos lados son geodésicas (caminos más cortos), la suma de los ángulos menos π es igual a la curvatura total que encierra. Aquí la curvatura K es la misma en todas partes; en otras superficies se suma (se integra) K sobre el área.
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Qué está pasando
Qué está pasando
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.
Adónde lleva esto
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