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일본인의 정리

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1. 개요

일본의 정리는 원에 내접하는 다각형에서 한 꼭짓점을 지나는 현으로 나누어지는 모든 삼각형의 내접원 반지름의 합이 어떤 꼭짓점에 대해서도 같고 일정하다는 기하학 정리이다. 이 정리는 사각형의 경우(마루야마 요시히로의 정리)를 증명하면 일반적인 경우도 쉽게 얻을 수 있으며, 카르노의 정리를 통해서도 증명 가능하다. 정리는 먼저 원내접 사각형을 삼각 분할했을 때 삼각형의 내접원의 합이 일정하다는 것을 증명함으로써 증명할 수 있으며, 사각형 규칙을 원내접 다각형의 일반적인 분할에 적용하고 대각선을 "뒤집는" 과정을 통해 내접원의 합이 보존됨을 보인다.

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일본인의 정리
정리 개요
이름일본인의 정리
설명어떤 방식으로든 순환 다각형을 삼각 분할할 때, 삼각형의 내접원의 반지름의 합은 일정함
녹색 원의 반지름의 합은 빨간색 원의 반지름의 합과 같음
녹색 원의 반지름의 합은 빨간색 원의 반지름의 합과 같음
녹색 원의 반지름의 합은 빨간색 원의 반지름의 합과 같음
녹색 원의 반지름의 합은 빨간색 원의 반지름의 합과 같음
추가 설명녹색 원의 반지름의 합 = 빨간색 원의 반지름의 합
관련 정보
프랑스어 명칭Théorème japonais (테오렘 자포네)

2. 정리

원에 내접하는 임의의 다각형에서, 한 꼭짓점을 지나는 현으로 나누어지는 모든 삼각형의 내접원의 반지름의 합은, 어떤 꼭짓점에 대해서도 같고 일정하다.[7]

이 정리는 먼저 특수한 경우, 즉 원내접 사각형을 어떻게 삼각 분할하든 삼각형의 내접원의 합이 일정하다는 것을 증명함으로써 증명할 수 있다. 사각형의 경우를 증명하면, 원내접 다각형 정리의 일반적인 경우는 바로 따름 정리로 얻어진다. 사각형 규칙은 원내접 다각형의 일반적인 분할의 사각형 구성 요소에 적용될 수 있으며, 규칙을 반복적으로 적용하면, 즉 하나의 대각선을 "뒤집으면" 주어진 분할로부터 가능한 모든 분할을 생성하며, 각 "뒤집기"는 내접원의 합을 보존한다.

사각형의 경우는 원내접 사각형에 대한 일본 정리의 간단한 확장으로 유도되며, 이는 사각형의 두 가지 가능한 삼각 분할에 해당하는 두 쌍의 내심으로 직사각형이 형성된다는 것을 보여준다. 이 정리의 단계는 기본적인 작도 유클리드 기하학 이상을 요구하지 않는다.[2]

대각선과 평행하고 내심의 사각형의 모서리에 접하는 평행 사변형을 추가로 작도하면, 원내접 다각형 정리의 사각형 경우는 몇 단계로 증명될 수 있다. 두 쌍의 반지름 합의 같음은 작도된 평행 사변형이 마름모라는 조건과 동일하며, 이는 작도에서 쉽게 보일 수 있다.

Wilfred Reyes (2002)는 원내접 사각형에 대한 일본 정리와 원내접 다각형 정리의 사각형 경우를 테보 문제 III의 결과로 증명하였다.[3]

정리의 증명은, 사각형의 경우 (마루야마 요시히로의 정리)가 제시되면 일반적인 경우도 쉽게 얻을 수 있다.[9] 또는 카르노의 정리로부터도 증명할 수 있다.[8]

2. 1. 정리의 역

주어진 다각형에서, 삼각형 분할에서의 내접원의 반지름의 총합이 삼각형 분할 방법에 의존하지 않고 일정할 때, 그 다각형은 원에 내접한다.[8]

3. 증명

이 정리는 먼저 특수한 경우, 즉 원내접 사각형에 대한 정리를 증명함으로써 일반적인 경우로 확장할 수 있다. 어떤 방법으로 원내접 사각형을 삼각 분할하든, 삼각형의 내접원의 반지름의 합은 일정하다.[2]

사각형의 경우(마루야마 요시히로의 정리)가 증명되면, 일반적인 경우도 쉽게 유도할 수 있다.[9] 카르노의 정리를 이용해서 증명할 수도 있다.[8]

3. 1. 사각형의 경우 (마루야마 요시히로의 정리)

원내접 사각형의 경우, 두 가지 가능한 삼각 분할에 해당하는 두 쌍의 내심으로 직사각형이 형성됨을 보일 수 있다. 이는 기본적인 작도 유클리드 기하학 이상을 요구하지 않는다.[2]

대각선과 평행하고 내심의 사각형 모서리에 접하는 평행 사변형을 추가로 작도하면, 원내접 다각형 정리의 사각형 경우는 몇 단계로 증명될 수 있다. 두 쌍의 반지름 합이 같다는 것은 작도된 평행사변형이 마름모라는 조건과 동일하며, 이는 작도에서 쉽게 확인할 수 있다.

테보 문제 III의 결과로 원내접 사각형에 대한 일본 정리와 원내접 다각형 정리의 사각형 경우를 증명하는 방법은 Wilfred Reyes (2002)에 의해 제시되었다.[3]

3. 2. 일반적인 경우

이 정리는 먼저 특수한 경우, 즉 원내접 사각형을 어떻게 삼각 분할하든, 삼각형의 내접원의 합은 일정하다는 것을 증명함으로써 증명할 수 있다.

사각형 경우를 증명한 후, 원내접 다각형 정리의 일반적인 경우는 바로 유도되는 따름 정리이다. 사각형 규칙은 원내접 다각형의 일반적인 분할의 사각형 구성 요소에 적용될 수 있으며, 규칙을 반복적으로 적용하면, 즉 하나의 대각선을 "뒤집으면" 주어진 분할로부터 가능한 모든 분할을 생성하며, 각 "뒤집기"는 내접원의 합을 보존한다.

사각형의 경우는 원내접 사각형에 대한 일본 정리의 간단한 확장으로 유도될 수 있는데, 이는 사각형의 두 가지 가능한 삼각 분할에 해당하는 두 쌍의 내심으로 직사각형이 형성된다는 것을 보여준다. 이 정리의 단계는 기본적인 작도 유클리드 기하학 이상을 요구하지 않는다.[2]

대각선과 평행하고 내심의 사각형의 모서리에 접하는 평행 사변형을 추가로 작도하면, 원내접 다각형 정리의 사각형 경우는 몇 단계로 증명될 수 있다. 두 쌍의 반지름 합의 같음은 작도된 평행 사변형이 마름모라는 조건과 동일하며, 이는 작도에서 쉽게 보일 수 있다.

사각형 경우의 또 다른 증명은 Wilfred Reyes (2002)에 의해 제공된다.[3] 이 증명에서, 원내접 사각형에 대한 일본 정리와 원내접 다각형 정리의 사각형 경우는 테보 문제 III의 결과로 증명된다.

카르노의 정리를 이용하여 증명할 수도 있다.[8]

참조

[1] 서적 Advanced Euclidean Geometry Dover Publ. 2007
[2] 서적 Japanese Temple Geometry Charles Babbage Research Center 1989
[3] 간행물 An Application of Thébault's Theorem http://forumgeom.fau[...] 2015-09-02
[4] 간행물 Un théorème Japonais
[5] 간행물 A Chinese theorem on geometry
[6] 간행물 幾何学ニ於ケル支那ノ一定理
[7] 간행물 Friends in youth
[8] 문서 Weisstein, Eric W. "Japanese Theorem" in MathWorld
[9] 간행물 三上義夫君ノ「幾何学ニ於ケル支那ノ一定理」ト題スル論文ニ就テ



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