Ιστορία των Μαθηματικών

Σχετικά έγγραφα
ΑΠΘ. Χαρά Χαραλάμπους Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ. Ιστορία των Μαθηματικών Εαρινό Εξάμηνο 2014

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Εαρινό εξάμηνο Χ. Χαραλάμπους ΑΠΘ

Ιστορία των Μαθηματικών

Εαρινό Εξάμηνο Χ. Χαραλάμπους ΑΠΘ

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ιστορία των Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 5: Το Θεώρημα του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 4 Ενότητα 19

ΑΠΘ. Χαρά Χαραλάμπους Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ. Ιστορία των Μαθηματικών Εαρινό Εξάμηνο 2014

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Ιστορία των Μαθηματικών

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 2: Ορισμός του ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 4 Ενότητα 16

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 6: Εφαρμογές του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Ιστορία της μετάφρασης

Λογισμός 4 Ενότητα 10

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 19: Υπολογισμός Εμβαδού και Όγκου Από Περιστροφή (2 ο Μέρος) Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Ιστορία των Μαθηματικών

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Λογισμός 4 Ενότητα 12

Διοικητική Λογιστική

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Λογισμός 4 Ενότητα 13

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 3: Το Θεώρημα του Lebesgue. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Πρακτική Άσκηση σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Λογισμός 4 Ενότητα 17

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Παράκτια Τεχνικά Έργα

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ιστορία της μετάφρασης

Λογισμός 4. Ενότητα 9: Παραδείγματα από άλλες αλλαγές. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 4 Ενότητα 18

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 13: Τύπος του Taylor. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

Λογισμός 3. Ενότητα 17: Απόδειξη Θεωρήματος Αντιστροφής. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 17: Αριθμητική Ολοκλήρωση, Υπολογισμός Μήκους Καμπύλης Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 9: Εταιρική διασπορά και στρατηγικές τιμολόγησης

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογισμός 3. Ενότητα 1: Τοπολογία των Ευκλείδειων χώρων. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 7: Μορφές αγοράς και συγκέντρωση των ΜΜΕ

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Λογισμός 4 Ενότητα 11

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 8: Αλλαγή μεταβλητών. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Ιστορία των Μαθηματικών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Οδοποιία IΙ. Ενότητα 14: Υπόδειγμα σύνταξης τευχών θέματος Οδοποιίας. Γεώργιος Μίντσης ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Λογισμός 4 Ενότητα 14

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Λογισμός 4 Ενότητα 15

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Λογισμός 3. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 13: Ακτίνα Σύγκλισης, Αριθμητική Ολοκλήρωση, Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γεωργική Εκπαίδευση Ενότητα 9

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ενότητα 3: Αρχιμήδης. Χαρά Χαραλάμπους

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ενότητα 3.2: Η μέθοδος: σφαίρα και κύλινδρος. Χαρά Χαραλάμπους

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 3

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 4

Περιεχόμενα Ενότητας Αρχιμήδης. Η μέθοδος: σφαίρα και κύλινδρος. 5

Σκοποί Ενότητας Στην ενότητα αυτη παρουσιάζεται η συμβολή του Αρχιμήδη στην εξέλιξη των μαθηματικών και η «μέθοδος» του Αρχιμήδη για την ανακάλυψη θεωρημάτων. 6

"Τετραγωνισμός της παραβολής" Εικόνα 1 Υπολογίζεται ότι το εμβαδόν ανάμεσα στην παραβολή και τέμνουσα ισούται τα 4/3 του τριγώνου με τρίτη κορυφή το μακρύτερο (από την τέμνουσα) σημείο του παραβολικού τμήματος. Ο Αρχιμήδης δίνει δύο αποδείξεις: μία βασισμένη στις αρχές της μηχανικής και μία γεωμετρική. 7

Δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω Βιβλίο 1, περί επιπέδων ισορροπιών ΤΑ ΜΕΓΕΘΕΑ ΙΣΟΡΡΟΠΕΟΝΤΙ ΑΠΟ ΜΑΚΕΩΝ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΟΤΩΣ ΤΟΝ ΑΥΤΟΝ ΛΟΓΟΝ ΕΧΟΝΤΩΝ ΤΟΙΣ ΒΑΡΕΣΙΝ. Τα μεγέθη Γ, Δ τοποθετημένα στο Β και στο Α αντίστοιχα θα έρθουν σε ισορροπία ως προς το Ε όταν οι αποστάσεις τους από το Ε, δηλ. ΒΕ, ΑΕ ικανοποιούν σχέση αντιστρόφως ανάλογες με το βάρος τους: Γ:Δ=AΕ: BE (1) ΤΟ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΝ ΒΑΡΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΚΙΝΟΥΝ, ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΕΝ. 8

Προσέγγιση για το π (Αρχιμήδης) "Κύκλου μέτρησις" Το θεώρημα εκφράζει τον λόγο της περιφέρειας του κύκλου ως προς τη διάμετρο του κύκλου, δηλ. το π. 3 10 / 71 < π < 3 1/ 7 (3.14085 < π < 3.14286) 9

Κανονικά 96-γωνα Ο Αρχιμήδης κατασκευάζει δύο κανονικά 96-γωνα (ένα εγγεγραμένο και ένα περιγεγραμένο του κύκλου), διχοτομώντας διαδοχικά τις γωνίες. Η ΟΑ είναι κάθετη στην εφαπτομένη. Έτσι οι γωνίες είναι π/ 6, π/12, 10

Προσέγγιση για το π Χρησιμοποιεί την Πρόταση 3, βιβλίο 6, «Στοιχεία», Ευκλείδης AD διχοτομεί την γωνία BAC Τότε BD: DC= AB: AC Μαζί με τη χρήση του Πυθαγορείου Θεωρήματος, συγκρίνει το λόγο της διαμέτρου του κύκλου με τις περιφέρειες των εγγεγραμμένων και περιγεγραμμένων 96-γώνων και παίρνει άνω και κάτω όρια. 11

The method of Archimedes Εικόνα 2 12

Παλίμψηστος Εικόνα 3 13

Παλίμψηστα Παλίμψηστα: αρχαίοι πάπυροι και περγαμηνές πολλαπλής χρήσης. Το παλίμψηστο (συλλογή προσευχών) εξετάστηκε το 1906 στη Κωνσταντινούπολη από τον Heiberg που αντιλήφθηκε τη σημασία του. Διάβασε 80% και βρήκε 7 κείμενα του Αρχιμήδη. Χάθηκε 1922-1998. Βρέθηκε σε πολύ χειρότερη κατάσταση Το 1998 πουλήθηκε σε πλειστηριασμό του Christie s στην Νέα Υόρκη για 2,2 εκατομμύρια δολάρια. Αγοραστής: άγνωστος. Σήμερα βρίσκεται στο Walters Art Museum. 14

7 έργα του Αρχιμήδη Στο Παλίμψηστο βρίσκονται 7 έργα του Αρχιμήδη: «Περί επιπέδων ισορροπιών». «Κύκλου μέτρησις». «Περί των μηχανικών θεωρημάτων, προς Ερατοσθένη έφοδος». «Περί ελίκων». «Στομάχιον». «Περί των επιπλεόντων σωμάτων». «Περί σφαίρας και κυλίνδρου». 15

Παλίμψηστος--ευχολόγιον Εικόνα 4 16

Περί των μηχανικών θεωρημάτων προς Ερατοσθένην έφοδος Καὶ γάρ τινα τῶν πρότερόν μοι φανέντων μηχανικῶς ὕστερον γεωμετρικῶς ἀπεδείχθη διὰ τὸ χωρὶς ἀποδείξεως εἶναι τὴν διὰ τούτου τοῦ τρόπου θεωρίαν ἑτοιμότερον γάρ ἐστι προλαβόντα διὰ τοῦ τρόπου γνῶσίν τινα τῶν ζητημάτων πορίσασθαι τὴν ἀπόδειξιν μᾶλλον ἤ μηδενὸς ἐγνωσμένου ζητεῖν. Άλλωστε κάποιες ιδιότητες που στην αρχή μου αποκαλύφθηκαν με τη μηχανική στη συνέχεια αποδείχθηκαν με τη γεωμετρία, διότι η προσέγγιση που γίνεται με τη μέθοδο αυτή δεν επιδέχεται απόδειξης. Είναι ευκολότερο να οδηγηθείς στην απόδειξη, εάν έχεις αποκτήσει εκ των προτέρων κάποια γνώση του πράγματος, παρά αν ψάχνεις κάτι για το οποίο δεν έχεις την παραμικρή ιδέα. 17

Ο Αρχιμήδης στην Έφοδο για την μέθοδό του Για να βρούμε ένα ζητούμενο εμβαδόν ή όγκο κόβουμε την επιφάνεια ή το σώμα σ' ένα πολύ μεγάλο αριθμό λεπτές, παράλληλες και επίπεδες λωρίδες ή λεπτές παράλληλες φέτες και (νοητά) κρεμάμε αυτά τα κομμάτια στο ένα άκρο δεδομένου μοχλού με τέτοιον τρόπο, ώστε αυτά να βρίσκονται σε ισορροπία με ένα σχήμα του οποίου η περιεκτικότητα και το κέντρο βάρους είναι γνωστά. 18

Το Θεώρημα του Αρχιμήδη Εικόνα 5 Ο όγκος του κυλίνδρου (με ακτίνα r και ύψος 2r) είναι ίσος με τα 3/2 του όγκου της σφαίρας (με ακτίνα r)! 19

Όγκος κυλίνδρου Σήμερα ο όγκος του κυλίνδου υπολογίζεται εύκολα ως το τριπλό ολοκλήρωμα V = 0 h 0 2π r sdsdφdz = πr 2 h 0 20

Όγκος σφαίρας Ο όγκος της σφαίρας επίσης προκύπτει από κατάλληλο τριπλό ολοκλήρωμα (ποιο?) V = 4 3 πr3 21

Όγκος κώνου Ο κώνος χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα ότι (αν θεωρήσουμε ότι ξεκινάμε από τη βάση, με ύψος 0 και προχωράμε προς τη κορυφή ) τότε η εγκάρσια τομή στο ύψος z είναι κύκλος ακτίνα r(h-z)/h. Έτσι ο όγκος του κώνου προκύπτει από το ολοκλήρωμα h V = πr 2 h z 2 1 h 2 dz = 3 πr2 h 0 22

Τι από όλα αυτά γνώριζαν οι αρχαίοι Έλληνες πριν τον Αρχιμήδη? (1) Στο βιβλίο 12 των Στοιχείων του Ευκλείδη, στην πρόταση 18 (την τελευταία του βιβλίου) ο Ευκλείδης αποδεικνύει ότι: Αν S και Τ είναι δύο σφαιρες με ακτίνες r 1 και r 2 και όγκους V 1 και V 2 τότε V 1 = r 1 V 3 2 r 2 Άρα ο όγκος της σφαίρας είναι ίσος με κάποια σταθερά επί το κύβο της ακτίνας. (Ποια σταθερά όμως?) 3 23

Τι από όλα αυτά γνώριζαν οι αρχαίοι Έλληνες πριν τον Αρχιμήδη? (2) Στο ίδιο βιβλίο ο Ευκλείδης δείχνει ότι ο όγκος του κώνου είναι το 1/3 του όγκου του κυλίνδρου με το ίδιο ύψος. Το κάνει χρησιμοποιώντας την αρχή της εξάντλησης του Ευδόξου. Πρώτα κατασκευάζει δύο ακολουθίες πολυεδρικών στερεών εγγεγραμμένων στον κώνο και στον κύλινδρο αντίστοιχα και δείχνει ότι τα πολύεδρα ικανοποιούν την επιθυμητή σχέση. 24

Δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω (2) Βιβλίο 1, περί επιπέδων ισορροπιών ΤΑ ΜΕΓΕΘΕΑ ΙΣΟΡΡΟΠΕΟΝΤΙ ΑΠΟ ΜΑΚΕΩΝ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΟΤΩΣ ΤΟΝ ΑΥΤΟΝ ΛΟΓΟΝ ΕΧΟΝΤΩΝ ΤΟΙΣ ΒΑΡΕΣΙΝ. Τα μεγέθη Γ, Δ τοποθετημένα στο Β και στο Α αντίστοιχα θα έρθουν σε ισορροπία ως προς το Ε όταν οι αποστάσεις τους από το Ε, δηλ. ΒΕ, ΑΕ ικανοποιούν σχέση αντιστρόφως ανάλογες με το βάρος τους: Γ:Δ=AΕ: BE ΤΟ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΝ ΒΑΡΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΚΙΝΟΥΝ, ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΕΝ. 25

Σφαίρα, κώνος, κύλινδρος (1) Θεωρούμε τον κύλινδρο και τον κώνο που οι βάσεις τους έχουν ακτίνα ΔΥΟ φορές την ακτίνα της σφαίρας. Κύλινδρος = 3 κώνος [Στοιχεία, Πρόταση 13.10] 26

Σφαίρα, κώνος, κύλινδρος (2) Θα ισορροπήσουμε το σύστημα σφαίρας,κώνου, κυλίνδρου ως προς Α, την κορυφή του κώνου. Έστω ΗΑ=ΑC=2r. 27

Σφαίρα, κώνος, κύλινδρος (3) Οι εγκάρσιες τομές σφαίρας, κώνου και του κυλίνδρου, είναι κύκλοι!! Θεωρούμε την τομή MN. Από ιδιότητες ομοίων τριγώνων προκύπτει ότι ΑC: AS= MN 2 : (OP 2 +QR 2 ) Το τετράγωνο MN 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή του κυλίνδρου. Το τετράγωνο OP 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή της σφαίρας. Το τετράγωνο QR 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή του κώνου. 28

Σφαίρα, κώνος, κύλινδρος (4) Αφού HA=AC, από τη προηγούμενη σχέση προκύπτει ότι το σύστημα των εγκάρσιων τομών κυλίνδρου, σφαίρας και κώνου ισορροπεί ως προς το Α αν τις τομές της σφαίρας και του κώνου στο H και τη τομή του κυλίνδρου στο S. Το S όμως (σε αντίθεση με το Α) είναι μεταβλητό: για κάθε τομή του κυλίνδρου είναι το κέντρο του κύκλου. Τι γίνεται αν θεωρήσουμε τα στερεά και όχι μόνο τις τομές τους? 29

Σφαίρα, κώνος, κύλινδρος (5) Συμπέρασμα: Το σύστημα ισορροπεί ως προς το Α αν θέσουμε στο Η την σφαίρα και τον κώνο και τον κύλινδρο στο Κ (αφού Κ είναι το κέντρο βάρους του). Έτσι προκύπτει ότι ο όγκος του κυλίνδρου είναι 3/2 του όγκου της εγγεγραμμένης σφαίρας. 30

Δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω Βιβλίο 1, περί επιπέδων ισορροπιών ΤΑ ΜΕΓΕΘΕΑ ΙΣΟΡΡΟΠΕΟΝΤΙ ΑΠΟ ΜΑΚΕΩΝ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΟΤΩΣ ΤΟΝ ΑΥΤΟΝ ΛΟΓΟΝ ΕΧΟΝΤΩΝ ΤΟΙΣ ΒΑΡΕΣΙΝ. Τα μεγέθη Γ, Δ τοποθετημένα στο Β και στο Α αντίστοιχα θα έρθουν σε ισορροπία ως προς το Ε όταν οι αποστάσεις τους από το Ε, δηλ. ΒΕ, ΑΕ ικανοποιούν σχέση αντιστρόφως ανάλογες με το βάρος τους: Γ:Δ=AΕ: BE (3) ΤΟ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΝ ΒΑΡΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΚΙΝΟΥΝ, ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΑΝΤΙΠΕΠΟΝΘΕΝ. 31

Σχέση μεταξύ όγκων (1) Θα ισορροπήσουμε το σύστημα της σφαίρας, του κώνου και του κυλίνδρου που έχουν το ίδιο ύψος με της σφαίρα, αλλά με ακτίνα βάσης ΔΥΟ φορές την ακτίνα της σφαίρας. Αφού ο κύλινδρος είναι ο πιο ογκώδης από τους άλλους δύο, θα πρέπει να τοποθετήσουμε μαζί σφαίρα και κώνο από τη μεριά και τον κύλινδρο από την άλλη. Κύλινδρος = 3 κώνος [Στοιχεία, Πρόταση 13.10] 32

Σχέση μεταξύ όγκων (2) Επιλέγουμε ως Α το σημείο που θα καθορίσει την ισορροπία. C είναι το σημείο έτσι ώστε AC=2r, όπου r η ακτίνα της σφαίρας. Θέτουμε Η το σημείο που είναι αντιδιαμετρικά αντίθετο από το C. 33

Σχέση μεταξύ όγκων (3) Οι εγκάρσιες τομές σφαίρας, κώνου και του κυλίνδρου, είναι κύκλοι!! Θεωρούμε την τομή MN. Από ιδιότητες ομοίων τριγώνων προκύπτει ότι ΑC: AS= MN 2 : (OP 2 +QR 2 ) Το τετράγωνο MN 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή του κυλίνδρου. Το τετράγωνο OP 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή της σφαίρας. Το τετράγωνο QR 2 αντιστοιχεί στον κύκλο που είναι η εγκάρσια τομή του κώνου. 34

Σχέση μεταξύ όγκων (4) Αφού HA=AC, από τη προηγούμενη σχέση προκύπτει ότι το σύστημα των εγκάρσιων τομών κυλίνδρου, σφαίρας και κώνου ισορροπεί ως προς το Α αν τις τομές της σφαίρας και του κώνου στο H και τη τομή του κυλίνδρου στο S. Το S όμως (σε αντίθεση με το Α) είναι μεταβλητό: για κάθε τομή του κυλίνδρου είναι το κέντρο του κύκλου. Τι γίνεται αν θεωρήσουμε τα στερεά και όχι μόνο τις τομές τους? 35

Σχέση μεταξύ όγκων (5) Συμπέρασμα: Το σύστημα ισορροπεί ως προς το Α αν θέσουμε στο Η την σφαίρα και τον κώνο και τον κύλινδρο στο Κ (αφού Κ είναι το κέντρο βάρους του). 36

Σχέση μεταξύ όγκων (6) Άρα ΗΑ: AK=κύλινδρος : σφαίρα + κώνος Αφού HA=2ΑΚ συμπεραίνουμε ότι όγκος κόκκινου κυλίνδρου είναι διπλάσιος του αθροίσματος των όγκων της σφαίρας και του μπλέ κώνου). Όπως γνωρίζουμε από τον Ευκλείδη (12.13) ο όγκος του κόκκινου κυλίνδρου είναι ίσος με τρεις φορές τον όγκο του μπλέ κώνου. Τελικά ο όγκος του μπλε κώνου είναι δύο φορές ο όγκος της σφαίρας. 37

Σχέση μεταξύ όγκων (7) Τέλος συγκρίνουμε τον όγκου του μπλέ κώνου με τον όγκο του κώνου με βάση στο BD και ύψος KA. Σύμφωνα με τον Ευκλείδη (12.12) ο μπλε όγκος είναι οκταπλάσιος του μικρότερου. Άρα η σφαίρα μας έχει τετραπλάσιο όγκο από τον όγκου του μικρού κώνου. Πάλι από τον Ευκλείδη ο όγκος του μικρού κώνου είναι το 1/3 του όγκου του αντίστοιχου κυλίνδρου, και άρα το 1/6 του όγκου του κυλίνδου που μας ενδιαφέρει. Έτσι προκύπτει ότι ο όγκος του κυλίνδρου είναι 3/2 του όγκου της εγγεγραμμένης σφαίρας. 38

Λογισμός και Αρχιμήδης: η μέθοδος της εξάντλησης "Τετραγωνισμός παραβολής" Εικόνα 6 Το εμβαδόν ανάμεσα στην παραβολή και τέμνουσα ισούται τα 4/3 του αντίστοιχου τριγώνου (προσοχή στην κατασκευή του τριγώνου). Το σημείο στην παραβολή που προσδιορίζει το τρίγωνο απέχει το μέγιστο από την τέμνουσα, και η εφαπτομένη σε αυτό το σημείο είναι παράλληλη προς την τέμνουσα. 39

Ισορροπία και εμβαδά Το εμβαδόν ανάμεσα στην παραβολή και τέμνουσα ισούται τα 4/3 του αντίστοιχου τριγώνου. Ιδιότητα τριγώνου: τέμνουσα παράλληλη με εφαπτομένη στο C. Μία απόδειξη ήταν Γεωμετρική. Χρησιμοποίησε τη μέθοδο της εξάντλησης και υπολόγισε ένα άπειρο άθροισμα (όριο σειράς). 40

Απόδειξη βασισμένη στην έννοια της ισορροπίας BC εφαπτομένη στο Β, BD=DP Τρίγωνο ABC=4 τρίγωνο ΑΒV Ιδιότητες παραβολής XX = AB XX AX = BD DX = DP DX Βασική ιδέα: παίρνουμε τομές και θεωρούμε ότι το τρίγωνο ABC και το κομμάτι ανάμεσα στη παραβολή και τέμνουσα ΑΒ αποτελείται από ευθύγραμμα τμήματα που θα ισορροπήσουμε ως προς D. 41

Βιβλιογραφία Carl B. Boyer; Uta C. Merzbach, Η ιστορία των Μαθηματικών, Εκδόσεις Πνευματικός Γ. Α., 1997. Dirk Struik, Συνοπτική ιστορία των μαθηματικών, Εκδόσεις ΔΑΙΔΑΛΟΣ, 2008. Katz V.,, Μια Εισαγωγή, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2013. 42

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (1/2) Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες Εικόνα 1: By User:Vladislav Pogorelov, derivative of works by Pbroks13 and Jim.belk (Parabola and inscribed triangle.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons Εικόνα 2: The method of Archimedes. Εικόνα 3: "ArPalimTypPage" by The Walters Museum - http://www.archimedespalimpsest.net.. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/file:arpalimtyppage.jpg#mediaviewer/f ile:arpalimtyppage.jpg Εικόνα 4: "ArPalimTyp2" by The Walters Museum - archimedespalimpsest.net.. Licensed under CC BY 3.0 via Wikimedia Commons -

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (2/2) http://commons.wikimedia.org/wiki/file:arpalimtyp2.jpg#/media/file:arpalimty p2.jpg Εικόνα 5: "Esfera Arquímedes" by Andertxuman - Own work. Licensed under Public domain via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/file:esfera_arqu%c3%admedes.jpg#me diaviewer/file:esfera_arqu%c3%admedes.jpg Εικόνα 6: By User:Vladislav Pogorelov, derivative of works by Pbroks13 and Jim.belk (Parabola and inscribed triangle.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Χαρά Χαραλάμπους. «. Ενότητα 3: Αρχιμήδης. Ενότητα 3.2: Η μέθοδος: σφαίρα και κύλινδρος». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.auth.gr/courses/ocrs249/

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Παρόμοια Διανομή [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Αναστασία Γ. Γρηγοριάδου Θεσσαλονίκη, Εαρινό εξάμηνο 2013-2014