高中生发表的毕达哥拉斯定理的“不可能”证明

最初是高中数学竞赛中的一道附加问题,现在产生了惊人的 10 种新方法来证明勾股定理的古老数学规则。

它很长已被认领不可能用三角学来证明什么是有效的定理,而这个定理是三角学的基础。这属于逻辑谬误循环思维通过尝试用想法本身来证明一个想法。

“没有三角学证明,因为三角学的所有基本公式本身都是基于勾股定理的真理,”数学家 Elisha Loomis已经写了1927 年。

但是两名美国高中同学 Ne'Kiya Jackson 和 Calcea Johnson 在 2023 年高中最后一年实现了“不可能”的目标。

现在,他们已经发布了这些结果以及另外 9 个证明。

“很多时候我们俩都想放弃这个项目,但我们决定坚持完成我们开始的事情,”杰克逊和约翰逊写在他们的论文里.

Ne'Kiya Jackson(左)和 Calcea Johnson(右)。(卡尔恰·约翰逊)

毕达哥拉斯定理描述了直角三角形的三条边之间的关系。它对工程和建筑非常有用,并被人类使用几个世纪前这个方程式被认为是毕达哥拉斯的,包括,一些人认为,在巨石阵的建造.

该定理是三角学领域的一个基本定律,它本质上计算三角形的边和角之间的关系。您可能还记得有方程 a2+b2=c2在学校里钻进了你。

毕达哥拉斯定理可视化。(美国探索者13/维基媒体/CC BY-SA 3.0)

“学生可能没有意识到三角学的两个竞争版本已经印在同一个术语上,”解释杰克逊和约翰逊。

“在这种情况下,试图理解三角学就像试图理解一张图片,其中两个不同的图像相互叠加。”

通过解开这两个相关但不同的变体,Jackson 和 Johnson 能够使用Sines 定律,回避直接的循环思维。

正弦定律展示了如何使用角度来计算三角形的高度(CD)..(杰克逊和约翰逊,Amer. Math. 月刊, 2024)

Jackson 和 Johnson 在他们的新论文中概述了这种方法,尽管他们指出三角函数和非三角函数之间的界限有些主观。

他们还指出,根据他们的定义,另外两位经验丰富的数学家 J. Zimba 和 N. Luzia 也使用三角学证明了该定理,反驳了过去认为这是不可能的断言。

在他们的一个证明中,这两名学生将用三角形计算的定义发挥到了极致,他们用较小的三角形序列填充了一个较大的三角形,并使用微积分找到原始三角形边的测量值。

通过将直角三角形分解成更多三角形,该团队找到了计算原始三角形属性的新方法。(杰克逊和约翰逊,Amer. Math. 月刊, 2024)

“它看起来是我从未见过的,”康涅狄格大学数学家阿尔瓦罗·洛萨诺-罗布雷多 (Álvaro Lozano-Robledo)告诉Nikk Ogasa 在科学新闻。

Jackson 和 Johnson 总共为具有两条相等边的直角三角形提供了一个证明,为具有不相等边的直角三角形提供了另外四个证明,至少还有五个证明供“感兴趣的读者发现”。

“在这么年轻的时候就发表一篇论文——这真是令人兴奋。”Johnson 现在正在学习环境工程。Jackson 现在正在学习药学。

“他们的结果引起了人们对学生在球场上新视角的承诺的关注,”Della Dumbaugh, e首席 Ditor他们发表的期刊。

这项研究发表在美国数学月刊.

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