Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Transkript

1 Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky Karel Zahradník O symbolech analytické geometrie a jich upotřebení [II] Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky Vol 2 (1873 No Persistent URL: Terms of use: Union of Czech Mathematicians and Physicists 1873 Institute of Mathematics of the Academy of Sciences of the Czech Republic provides access to digitized documents strictly for personal use Each copy of any part of this document must contain these Terms of use This paper has been digitized optimized for electronic delivery and stamped with digital signature within the project DML-CZ: The Czech Digital Mathematics Library

2 266 O symbolech analytické geometrie a jich upotřebení (Píše K Zahradník (Pokračování 11 Častěji zmínili jsme se dříve o páru přímek vyjadřujíce jej dvěma rovnicemi totiž rovnicemi dvou přímek z nichž se zmíněný pár skládal Položíme si nyní za úkol vyjádřiti taký pár přímek rovnicí jedinou Jsou-li P L O = O rovnice dvou přímek nutno jejich součin P l =0 (14 považovati za rovnici páru přímek; neb souřadnice každého bodu jenž na jedné neb na druhé přímce leží vyhovují této rovnici a naopak musí všechny body jejichž souřadnice rovnici (14 vyhovují bud na přímce P L = O neb =: O ležeti * Eovnici páru přímek tedy obdržíme co součin rovnic přímek tohoto páru Dané-li rovnice dvou přímek ve tvaru P X -Í =0 ^íi = 0 i bude rovnice tohoto páru přímek P t^-(k + ^P l P % + k^p^ = O i aneb obecně položíme-li _ i B C 2 AP x + BPi + C *=zo (15 Jiný pár přímek P L ^ -0 P f t P a = 0 f procházejících tímž bodem (P x bude dán rovnicí AlP^ + S 1 P l +O l P^ = 0 * (16 kde X L +ti L = ^ivi = j - Podmínka by jeden pár přímek dělil harmonicky druhý pár jest (dle rov (6 pag 177 Aft ±(A + f*(ax+pi + Aift=-=0 * Vlz Hesse Vorlesungen pg 65

3 267 kterážto rovnice po dosazení hodnot za A^ přejde v: A 1 C-\B X B + C x A=0 (17 Rovnice (15 při proměnných koěfficientech A JB C představuje nám veškeré páry přímek jež harmonicky dělí určitý pár přímek stává-li mezi oněmi koefficienty lineárně rovnice: Aa + Bb + Cc = 0 Dle výměru involuce (či 7 tvoří tři takové páry involuci přímek* Tak na př tvoří páry přímek (15 a (16 a třetí pár přímek daný rovnicí: A 2 P l^ + B 2 +C 2 '=0 (18 involuci lze-li tři veličiny a 6 c tak určiti by vyhověly následujícím třem rovnicím: Aa + Bb + C c = 0 A 1 a + B l b + C l c = O i A 2 a + B 2 b\-c 2 c = 0 Z theorie determinant známe že A B C A -A] A 2 A Җ ą B By B 2 A Җ Ci c c 2 c 2 z čehož soudíme že dají-li se tři veličiny a 6 c tak určiti že vyhoví posledním třem rovnicím též jiné tři veličiny a 0 y y se nalézti dají které vyhovují následujícím třem rovnicím: Aa + A l p + A*y = O Ba + Brf + B 2 p = 0 Ca+c 1 p+o %r =o i kteréžto tři rovnice též podmínku involuce vyjadřují * Máme-li na př kuželosečku se středem jejíž rovnice jest a xl x a l2 xy + a l2 y 2 = a bude rovnice dvou průměrů združených (y xtg [(y(a tg + x(a ll +a l2 tg ]^0 aneb násobí-li se y 2 («i tg + xy (a u % tg 2 x 2 tg (a tl + a l2 tg = 0 Rovnice páru asymptot (bud! při hyperbole reálných neb imaginárných při ellipse jest pak 2 y a 2 xy + a u x2 = 0 Coefficienty těchto rovnic vyhovují rovnici (17 neodvisle na úhlu z čehož plyne že asymptoty rozdělují libovolný pár sdružených průměrů harmonicky Sdružené průměry tvoří tedy involuci paprskovou 18*

4 2G8 Rovnice uvedené podávají nám následující větu: Tři páry přímek procházejících týmž bodem a daných rovnicemi ( tvoří involuci dají-li jejich rovnice násobené stálými činiteli za součet identicky nullu II 12 Přistupmež nyní k upotřebení daných vět z nichž zjevno bude jakých výhod nám ono zkrácené označení přímky poskytuje Má se určiti podmínka vedle které tři příčky vedené vrcholí daného trojúhelníka se protínají v bodě jediném Budiž a x daný trojúhelník; rovnice jeho stran a x a x budtež = O P x = 0 = 0 rovnice pak příček procházejících vrcholi a x budou posloupně: P % -l l =0_<? ] -A 2 = 0 = Q t P t A =0_ft Znásobíme-li druhou rovnici A n třetí pak A A 2 a sečteme-li je obdržíme (1 + K h h ^2 = O = Q x + A Q 2 -f A A a tedy A 1 AA 3 = 1 (1 neb přejdeme-li ku geometrickému významu coefíicientu A (či 4 pag 175 obdržíme: sin( 'Q l sin(pq 2 sin (P x l ; sin( Q x ' sin(p x Q 2 ' sin( Q z ~ Rovnici tu v jinou změniti můžeme nahradíme-li sinusy úseky na stranách Označíme-liprůsekyP L = b L «? 2 = b 2 (&-Pa-V ^de a x Ъ 3 _ sin ( a x sin (P г a ү sin ( Q v a г b t a x sin ( Q г Ъ 2 sin (P _ a i x Q 2 a t b 2 sгn ( Q 2 * Příslušný výkres snadno si každý sám sestaví

5 269 Znásobíme-li tyto rovnice ohdržíme vzhledem k rovnici (2: a i ^3 ^i a z b% = a %b 2 \ a x b 2 známou to větu Cevovu Z rovnice (1 plyne pak dále: a Přímky rozpolovací vnitřní úhly trojúhelníku daného protínají se v bodě jediném; neb A =^ 2 = A 3 =:1 /? Přímky rozpolovací dva zevnější a jeden vnitřní úhel trojúhelníku daného protínají se v bodě jediném neb v tomto případě jsou dvě A rovné 1 třetí pak + 1 y Kolmice z vrcholů na základnice spuštěné protínají se v bodě jediném; neb obecně jest _ sin(p x Q z A *~ sin( ' Stojí-li # 3 JL bude $C (P L = 90 ; označíme-li úhel ve vrcholí písmenem «2 bude tedy sin (P x Q z = cos sin ( = cos a l pročež cos m 3 """ cos a L ' podobně obdržíme pro A a A 2 cyklickou záměnou přípon cos a z 7 cos a l 1 cos cos S Přímky spojující vrchole trojhranu se středy stran protilehlých (těžné přímky protínají se v bodě jediném Neb sin(p Q _ x^ A = l i 3 sin ( Q z TC 2 Značí-li 6 3 střed strany a ± podobně & t b 2 středy stran ostatních bude x L = b z sin x 2 rz a l b t sin a x # tedy ^ 8m 3 K % sin a t neb 6 3 = a x ř 3 Rovnice (2 jsme obdrželi pro involuci šesti přímek * z čehož plyne věta: Vedeme-H 0 daného bodu rovnoběžky ku n * pg 183 třeba pouze místo P psáti Q f a místo Q položiti S a přejde nám rovnice (2 v rovnici vyjadřující podmínku involuce Na Btr 183

6 270 stranám a příčkám protínajícím se v bodě jediném obdržíme invóluci šesti přímek" Větu tu můžeme i následovně vyslovit: Dané čtyry body můžeme třikráte po dvou spojit a vedeme-li daným bodem k těmto párům rovnoběžky tvoři tyto involuci" Na základě této věty mohli bychom sestrojiti šestou přímku příslušnou ku třem párům přímek tvořících involuci dáno-li pět přímek ale seznáme později daleko jednoduší sestrojení pročež toto pomíjíme 13 Jsou-li dva trojúhelníky v také poloze že kolmice z vrcholů jednoho trojúhelníka na strany druhého spuštěné jediným bodem probíhají tu probíhají též kolmice z vrcholů druhého trojúhelníka na strany prvého trojúhelníka spuštěné bodem jediným* Označmež strany prvého trojúhelníku P x = 0 P-=0 = 0 druhého pak trojúhelníku P L J=0 ' = 0 '=0 Vrchole trojúhelníků označme písmenou a s příponou protilehlé strany tedy ( = ff 31 ( ' ' = a i ' atd Rovnice přímky vedené vrcholem kolmo na stranu '= 0 bude: P x cos ( ' P a cos (cc 3 é cc L = 0 (1 neboť rovnice přímky procházející vrcholem čili průsekem přímek P x = 0 = 0 jest P A 3 P a = 0 = <? 3 (2 aneb v rozvedeném tvaru x (cos a x A 3 cos cc 2 -\-y (sin a L l 3 sin (p L l z p 2 = 0 Má-li přímka státi kolmo na přímce ' = 0 = x cos ' + y sin p 3 ' musí dlé známé podmínky kolmosti dvou přímek býti cos ' (cos a L X 3 cos cc 2 -f- sin «3 ' (sin a L A 3 sin = 0 z kteréžto rovnice si můžeme l 3 jednoznačně ustanovit a sice bude tu я cos ( cc L з = cos ľ!;ľ (cc 2 ľл cc 3 (3 vyskytují se v této rovnici chyby tiskové; třeba ji takto psáti což ostatně z násobení oněch tří rovnic patrno: 1 = sin ( fl sin (ft S 2 sin (Q 2 S 3 sin (Q 2 8 sin (ft 8 2 sin^q SJ

7 271 Položíme-li hodnotu za A 3 do rovnice (2 obdržíme uvedenou rovnici (1 Podobně najdeme rovnice kolmic s vrcholů a na P L zz: O = O spuštěných které též ze symetrického označení cyklickou záměnou obdržíme a sice: 008 ( a k ' cos (a L ' # 2 (4 008 (a L 4 P L cos (é # 3 kdež é A _cos(a x cos (é a B i l^tfz~~zrz~ř\ ' («^2 """""" ' 3 a' ' 005 (a x «2 ' Dle či 12 (1 probíhají tyto kolmice bodem jediným platí-li k x l 2 A 3 zz: 1 neb 008 (a % cos ( a z ' cos (a s a L zzz 005 (a L ' cos (é a z cos (cc 3 ' a L (5 kteroužto rovnici též obdržíme vyloučením P x P s z rovnic (1 a 4 ve tvaru determinantu: O 008 ( a L ' 005 (a í ' cos (é ~ «3 O 008 (a L - a' 2 :O 005 ( ' 005 (é a { O I Záměnou a s a' obdržíme z (5 rovnici podmínečnou by kolmice spuštěné z vrcholu trojúhelníku druhého na strany prvého probíhaly týmž bodem Zaměníme-li tedy a s a 4 vidíme že rovnice (5 se nemění čímž uvedená věta stvrzena 14 Prvé než přistoupíme k dalším příkladům vyložíme ještě jednu větu kterouž ihned velmi prospěšnou býti shledáme Známe-li tři přímky P x kteréž se neprotínají v bodě jediném můžeme vždy rovnici jiné přímky P vyjádřiti pomocí symbolu daných tří přímek a to tvarem: A i + A 2 +A 3 = 0 (1 Neb je-li obecně P k = xcosa k -\-ysina k p k zzzo tu přejde rovnice (1 ve x (k L cos a L -f- k 2 cos -f- k z 008 a z -f- y (k L sin a L -f- k % sin ~[~ A 3 sin a z (k L Pl + k 2 p 2 + k 3 p 3 zz: O kterážto rovnice nám bude představovati rovnici přímky P položíme-li

8 2Í2 X^cosa + X 2 cos + A 3 cos a z ~ c05 a A x sin «x 4" A a sen + A 3 síw z sin «A i Pí +h P* + A 2 ft = P Z těchto tří rovnic můžeme ale A t A 2 A 3 vždy určiti předpokládáme-li že neprochází dané tři přímky bodem jediným Podobně jako v či 9 můžeme tuto větu následovně vyjádřiti: Známe-li čtyři přímky P x = O = O = O P 4 = O můžeme nalézti čtyry činitele A té vlastnosti ze identicky bude AP + A 1 +A 2 + A 3 =0 Tato rovnice nám totiž vyjadřuje že pod výrazem IP vyrozumívati máme výraz A x P x + A 2 + A 3 Princip tento objasníme několika příklady : 15 Mají-li dva trojúhelníky takovou polohu ze průsečíky příslušných stran leží na přímce tu prochází přímky jez spojují příslušné vrchole těchto trojúhelníků bodem jediným Dva trojúhelníky v takové poloze* nazýváme homologické perspectivické neb collineárrií přímku na které se příslušné strany protínají osou homologie atd a bod jímž procházejí přímky spojující vrchole středem homologie atd Strany prvého trojúhelníka budtež P^O =0 =0 a přímka ve které se příslušné strany trojúhelníka protínají budiž dána rovnicí A L P +A 2 +A 3 _ j=0 = (1 Druhého trojúhelníka strana & 2 b 3 ** prochází průsečíkem c x přímky Q s příslušnou stranou ~ ~a z = P L neb dle podmínky protínají se strany a~al a fb7 v ^ ^ cii J enž leží na Q\ tudíž můžeme psáti rovnici přímky b^ dle či 3 ve tvaru Q- h = =0; Dokud p libovolné značí nám ťato rovnice dle dřívějšího svazek paprsků 1 jehož vrchol «?P L Za určitou hodnotu (1=:^ obdržíme určitý paprsek tohoto svazku jenž bude totožný s prodloužením strany trojúhelníka * Porovnej kapitolu VI pg 62 Tato věta i se svou reciprokou větou připisuje se Desarguesovi ( Poncelet pojmenoval dva trojúhelníky v také poloze homologickými (podobně i pojmenování osa a střed homologie od něho; Móbius nazývá dva trojúhelníky v také poloze colmneamými Weyr pak perspejctivickými ** Příslušný výkres nechť si laskavý čtenář sám vyvede

9 Й73 b 2 J 3 pročež pak (2 bude rovnicí strany b 2 b z Podobně rovnicemi stran b 3 b t a b t b 2 budou Q-!i 2 P t =0 (3 C- f t = 0 (4 Odečteme-li rovnici (2 od (3 obdržíme li 1 P t!i 2 =0 (5 Přímka rovnici (5 vyjádřená prochází průsekem stran b a b 3 b t tedy vrcholem b 3 ; dle tvaru rovnice (5 poznáváme pak že též probíhá průsečíkem stran P t a tedy Dle uvedeného jest tedy (5 rovnice přímky a~b~ z (i t P t tt 2 = 0; podobně a t b x [i 2 < = 0 a^b 2 u 3 ^ P x =0 Součet těchto tří rovnic rovná se identicky nulle tedy a s b z a t b t a^ probíhají bodem jediným^ 16 Dán budiš trojúhelník a t proložme vrcholi tfi příčky protínající se v bodě jediném a vyšetřme vlastnosti tohoto skupení přímek Rovnice stran ~ ~a z Og -^ a t buďtež posloupně P t =0 =0 =0 rovnice pak příček 6 3 ó^ai & budou posloupně A 1 -A 2 = 0 = (? 8 A 2 P-A 3 =0 = (? 1 (1 A 3 -A 1 = 0 = (? 2 Spojme paty příček b u b % i 81 čímž obdržíme tři přímky b t b 2 = jř 3 b 2 Ď 3 = JK X b z b t = B t Tyto přímky protínají protilehlé strany trojúhelníka v bodech c 1 = (B t P t c 2 = (B 2 c z = (BP t Veďme dále přímky a t c t T t c 2 = T 21 a z c 3 = T 3 Rovnice přímek P S T můžeme nyní dle uvedeného principu vyjádřiti pomocí symbolů přímek P Přímka B t = b 2 b z procházející bodem b 2 (průsečíkem pří* mek = O a Q 2 = 0 a bodem b z (průsečíkem přímek = O a -= 0 vyjádřena jest rovnicí A 2 +A 3 --A 1 = 0EBI (2

10 874 neb vzhledem k rovnicím (1 můžeme rovnici (2 dáti tvar A X 3 - = 0 z nichž prvá nám ukazuje že přímka R prochází průsekem přímek a $ 2 tedy bodem 2 druhá pak že prochází též průsekem přímek a ; tedy skutečně zní jak svrchu uvedeno rovnice přímky & 2 J 3 = A 2 +A 3 --A 1 = 0 a podobně přímky Ml -R2 = AP-MiPi A 2 :=0 M 2 B=iiPi+AP a -A 3 P = 0 Přímlcy tyto protínají protilehlé strany trojúhelníka v bodech teše přímky S :;$;{ rovnice jest a l P l + A a P-=0 = S (4 Důkaz lze snadně provésti následovně: P x A = O jest rovnice svazku paprsků jehož vrchol jest (Pí PJ-= q; pro A:=z 2A L obdržíme rovnici určitého paprsku tohoto svazku a sice přihlížíme-li k rovnici (2 A 2 +A 3 -A 1 + 2A 1 zz:0 kterážto rovnice po redukci úplně s rovnicí S = O se shoduje Jest tedy S určitý paprsek svazku B 1 A = 0 pročež prochází též jeho vrcholem c x Důkaz totožně se vede pro bod c 2 a Č 3 ; leží tedy body c n c v c 3 na přímce S jejíž rovnice jest (4 Zbývá nám ještě rovnice přímky T=ac pomocí symbolů přímek P vyjádřiti Rovnice přímky T z = c 3 zní: A 1 + A 2 =0=-T 3 (5 neb z tvaru jejího vysvítá že prochází bodem = (P x ; mimo to můžeme tuto rovnici psáti ve tvaru -T = JÍ +íp = 6 f z čehož patrno že přímka T z prochází průsekem přímek ( t6tiž bodem c B Jest tedy rovnice přímky Wl -TjE*i-Pi + ^-P s = 0 podobně přímky a> 2 -T 2 EA 3 + A JL P l =0

11 275 Nyní máme rovnice veškerých přímek našeho obrazce vyjádřené symboly přímek základního trojhranu Pohledneme-li na obrazec jenž se snadno podlé předešlého udání sestrojí vidíme že každým vrcholem trojúhelníka probíhají čtyry přímky a rovnice jeví nám jejich harmonickou vlastnost Vezmeme na př vrchol a x jímž procházejí přímky «7^šT a^ a^bi Oi^n 3 S0U rovnice jejich posloupně = 0 í 2 -^ =0 = Q l z=0 A 2 + A 3 =0=T 1 a dle či 4 tvoří tyto čtyry přímky harmonický svazek jelikož ( (? 1 I T 1=-1 Podobně obdržíme pro vrchole ( e a 2 a = -l m (P QT Z = -1 V> Porovnáme-li rovnice (1 a (6 vidíme že tři přímky T l% 1 2 podobně T 2 T^ Q L T z T v Q 2 probíhají jediným bodem Z vyšetřování uvedeného plynou pak následující vzájemné věty: 1 Vedeme-li v rovině trojúhelníku a x libovolnou příčku S kteráž seče strany trojúhelníku v hodech c 1 c 2 c z a stanovíme-li si na každé bod harmonicky sdružený k bodu prúsečnému příčky se stranou vzhledem k vrcholům trojúhelníku tu procházejí přímky spojující tyto harmonicky sdružené body s protilehlým vrcholem týmž bodem 0 2 YedemeAi v rovině trojúhelníku libovolnou příčku a vólíme-li na stranách trojúhelníku dva body které tyto strany s příčkou harmonicky dělí pak leží tyto dva body s průsečíkem strany třetí s příčkou na téže přímce Pakli jest příčka nekonečně vzdálená přejdou tyto dvě věty v následující: a Spojíme-li v trojúhelníku středy stran s protilehlými vrcholí procházejí spojující přímky bodem jediným jfl Přímka spojující v trojúhelníku středy dvou stran jest ku třetí straně rovnoběžná Nebude snad od místa phpojím-li některé zvláštní případy uvedených rovnic kterýchž při řešení různých úloh lze upotřebiti Přihlížejíce ku či 12^ a ku rovnicím (3 tohoto ČI obdržíme P t cosa x r-\-p % cos ~\-P z cosa^ =0

12 276 co rovnici přímky kteráž spojuje dvě paty výšek trojúhelníku a i > dále že P cosa l + cos + cos = O značí rovnici přímky na níž leží průseky přímek spojujících podvojně paty výšek daného trojúhelníku s protilehlými stranami Podobně P x sina x + sin sin =0 jest rovnice přímky spojující středy dvou stran trojúhelníka; tyto přímky protínají protilehlé strany v bodech ležících na přímce jejíž rovnice zní sina L ~\- sin + sin 0; rovnice tato však značí nám přímku nekonečně vzdálenou čímž též věta výsledná (/? dokázána 17 Harmonické vlastnosti čtyrúhelníka úplného plynou zcela ze ČI 16; neb přihlížíme-li místo k trojúhelníku a x ku čtyrúhelníku a 1 c l c 2^ budou body mc 3 průseky diagonál tedy body diagonálnýml Tu ihned dokázati můžeme že paprsky diagonalnými body procházející jsou harmonické-* Vezměmež na př diagonalný bod a 8í jímž probíhají paprsky a^ PÍ=0 a^a x =0 55 hpx h A = 0=ft f «3'3 *i-pi+4 i^oe^a Tvar těchto rovnic (či 4 podává nám současně důkaz věty uvedené Této vlastnosti úplného čtyrúhelníku upotřebuje se ku sestrojení čtvrtého harmonického paprsku dané-li jsou tři paprsky * Kapitola III pg 32