Εσωτερικό γινόμενο διανυσμάτων και μετρικές σχέσεις της Ευκλείδιας Γεωμετρίας

Στο παρόν θέμα θα δούμε τις μετρικές σχέσεις της ευκλείδιας Γεωμετρίας και πώς αυτές μπορούν να αποδειχθούν και να χρησιμοποιηθούν με εργαλεία της διανυσματικής Γεωμετρίας. Η ιδιότητα του εσωτερικού γινομένου που χρησιμοποιείται για το πέρασμα αυτό είναι η

α β = β προβ β α

  • Η γενίκευση του Πυθαγόρειου Θεωρήματος
    Θα συμβολίσουμε τις πλευρές του τριγώνου με τα γράμματα α, β, γ όπως κάνουμε πάντα το ύψος ΑΔ=υ και την προβολή της πλευράς γ πάνω στην α ΑΔ=γ΄α
    Τσεκάρετε διαδοχικά τα βήματα που βλέπετε στην εφαρμογή για να δείτε την απόδειξη που κάναμε στην Ευκλείδια γεωμετρία.

    Το δημιούργησε ο Κώστας Κυρίτσης με το πρόγραμμα GeoGebra

    Ο τύπος που ισχύει λοιπόν για πλευρά απέναντι από οξεία γωνία είναι:

    α 2 = β 2 + γ 2 - 2 β γ ´ β

    και με κυκλική αλλαγή των γραμμάτων όλες οι περιπτώσεις είναι:

    α 2 = β 2 + γ 2 - 2 γ β ´ γ

    β 2 = α 2 + γ 2 - 2 α γ ´ α

    β 2 = α 2 + γ 2 - 2 γ α ´ γ

    γ 2 = β 2 + α 2 - 2 β α ´ β

    γ 2 = β 2 + α 2 - 2 α β ´ α παρατηρήστε τι υπάρχει στο πρώτο και δεύτερο μέλος. Δεν είναι καθόλου δύσκολο να τους απομνημονεύσετε!

    Στην περίπτωση πλευράς απέναντι από αμβλεία γωνία δείτε το παρακάτω σχήμα:

    Το δημιούργησε ο Κώστας Κυρίτσης με το πρόγραμμα GeoGebra

    Ας δούμε τώρα την απόδειξη του ίδιου θεωρήματος με εργαλεία της διανυσματικής γεωμετρίας:

    Αν η γωνία Α είναι οξεία τα διανύσματα ΑΓ και ΑΔ είναι ομόρροπα γι αυτό και το εσωτερικό τους γινόμενο έχει αντικατασταθεί με το γινόμενο των ευθυγράμμων τμημάτων.
    Αν όμως η γωνία Α είναι αμβλεία τα ΑΓ και ΑΔ είναι αντίρροπα ισχύει: ΑΓ ΑΔ = - ΑΔ και ο τύπος που προκύπτει είναι ο α222+2βγ΄β

  • Θεωρήματα διαμέσων
    Η γεωμετρική απόδειξη των θεωρημάτων διαμέσων:

    Το δημιούργησε ο Κώστας Κυρίτσης με το πρόγραμμα GeoGebra

    Στην παραπάνω απόδειξη θεωρήσαμε β>γ. Aν μετακινήσετε κορυφές στο σχήμα και κάνετε τη β μικρότερη οι τύποι δεν αναπροσαρμόζονται γιατί σε τούτη τη μελέτη, δεν είναι αυτό το θέμα μας.

    Και η διανυσματική απόδειξη:
    Εδώ να σημειώσουμε ότι για ευκολία μας συμβολίσαμε τα διανύσματα με το ίδιο γράμμα που συμβολίζουμε και τις πλευρές ή τα δευτερεύοντα στοιχεία του τριγώνου.

    Το δημιούργησε ο Κώστας Κυρίτσης με το πρόγραμμα GeoGebra

    Δηλαδή η απόδειξη του κάθε θεωρήματος δεν είναι παρά η εφαρμογή μιας αλγεβρικής ταυτότητας. Αυτό δείχνει ότι το εσωτερικό γινόμενο είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο για την επεξεργασία μετρικών σχέσεων και όπως όλα τα ισχυρά εργαλεία που διαθέτει σήμερα ο άνθρωπος (όχι μόνο στα Μαθηματικά), για να το χρησιμοποιήσει κανείς πρέπει να μάθει να το χρησιμοποιεί. Απαιτείται λοιπόν να εξoικειωθεί με τη διανυσματική γλώσσα, όσο δύσκολο κι αν του φαίνεται αυτό στην αρχή.

    Τα applets δημιούργησε ο Κώστας Κυρίτσης με GeoGebra