驴桥定理
驢橋定理(拉丁語:Pons asinorum),也稱為等腰三角形定理,是在欧几里得几何中的一個數學定理,是指等腰三角形二腰對應的二底角相等。此定理出現在欧几里得的幾何原本第一卷命題五。
有關其名稱驢橋定理的由來有二種:一種是幾何原本中的示意圖即為一座橋;另外一種較為大家接受的說法,則是指這是幾何原本中第一個對於讀者智力的測試,並且做為後續更困難命題的橋樑[1]。幾何學是列在中世紀的四術之中,驢橋定理是在幾何原本的前面出現的較困難命題,是數學能力的一個門檻,也稱之為「笨蛋的難關」[2],無法理解此一命題的人可能也無法處理後面更難的命題。
證明
欧几里得的證明
欧几里得的證明包括第二個結論,就是若三角形的二腰延伸超過底邊,則二腰延長線和底邊的夾角也會相等。欧几里得的證明中包括了繪製二腰延長線的輔助線,但當時的數學家普罗克鲁斯指出他沒有用到第二個結論,而且若在三角形內部繪輔助線,會使證明比較簡單。欧几里得的證明用到稱為SAS的三角形全等,是幾何原本中的上一個命題。[4]
其他證明方式
在教科書(例如人教版數學教科書在八年級“軸對稱”一章)上常見的作法是作頂角A的角平分線[5]。此證明方式比歐幾里德的簡單,但在幾何原本中命題9才是作角平分線[6],因此若幾何原本中在命題5就使用角平分線,會有循環論證的問題。
其證明如下:
- 令三角形為ABC,其中線段AB = 線段AC。
- 作角BAC的角平分線,和線BC交與X點。
- 線段AB = 線段AC,線段AX和自身等長,而且角BAX = 角CAX,因此依照SAS全等,三角形BAX和CAX全等,因此可得角B和角C相等。
勒讓德在《几何原理》用了一個類似的方式證明,不過令X是線段BC的中點[7]。其證明方式類似,但是會用到SSS全等,而在歐幾里德的幾何原本未提到SSS全等。
帕普斯在约公元300年用了一个非常简短的方法证明: 等腰三角形ABC中, AB=AC, BC=CB, CA=BA, 则三角形ABC与ACB全等(SSS), 故三角形ABC 两底角相等 Q.E.D. 在约1960年,赫伯特·吉伦特编写的程序也得到了相同的证明。[8]
用作隱喻的驢橋定理
- 十四世紀作家理查德·昂格維爾在《書之愛》中將驴桥定理比擬為沒有梯子輔助的陡峭山坡,感歎多少可能成為幾何學家的人因此而回頭[9]。
- 在直言三段论中,「驢橋」作為尋找三段論中項的一個隱喻,同時有橋樑及考驗的含意在內[9]。
- 經濟學家約翰·斯圖爾特·密爾認為David Ricardo的地租理論是經濟學中的驢橋定理[10]。
- 驢橋也是魔術方塊中的一個特殊組態。