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Teorema di Tolomeo e identità trigonometriche

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  • Claudius Ptolemy
Ancient scroll depicting Ptolemy's Theorem with geometric diagrams for trigonometric identities.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il teorema di Tolomeo fornisce un'elegante dimostrazione geometrica per le formule di somma e differenza in trigonometria. Inscrivendo un quadrilatero in un cerchio con un lato come diametro, le lunghezze dei lati possono essere espresse come seni e coseni degli angoli inscritti. Applicando direttamente il teorema [latex]AC cdot BD = AB cdot CD + BC cdot DA[/latex] si ottengono identità come [latex]sin(alpha + beta) = sinalphacosbeta + cosalphasinbeta[/latex].

L'importanza storica del teorema di Tolomeo è profondamente legata allo sviluppo della trigonometria. L'obiettivo di Tolomeo nell'Almagesto era quello di creare un modello matematico del cosmo, il che richiedeva uno strumento per calcolare le posizioni dei corpi celesti. Questo strumento era la tavola delle corde, che elencava la lunghezza di una corda che sottendeva un dato angolo in un cerchio di raggio fisso. La funzione corda, crd(θ), è correlata alla moderna funzione seno da [latex]sin(theta) = frac{text{crd}(2theta)}{2R}[/latex], dove R è il raggio del cerchio.

To derive the sum and difference formulas, one can construct a cyclic quadrilateral ABCD where the diagonal AC is a diameter of the circumcircle, which we can set to have length 1 for simplicity. Let [latex]\angle CAD = \alpha[/latex] and [latex]\angle CAB = \beta[/latex]. Because angles subtended by a diameter are right angles, [latex]\triangle ADC[/latex] and [latex]\triangle ABC[/latex] are right-angled triangles. The side lengths can be expressed trigonometrically: [latex]CD = \sin\alpha[/latex], [latex]AD = \cos\alpha[/latex], [latex]BC = \sin\beta[/latex], and [latex]AB = \cos\beta[/latex]. The angle [latex]\angle DAB = \alpha+\beta[/latex]. Using the law of sines in [latex]\triangle DAB[/latex], the other diagonal [latex]BD = \sin(\alpha+\beta)[/latex]. Plugging these into Ptolemy’s theorem [latex]AC \cdot BD = AB \cdot CD + BC \cdot DA[/latex] gives [latex]1 \cdot \sin(\alpha+\beta) = (\cos\beta)(\sin\alpha) + (\sin\beta)(\cos\alpha)[/latex], which is the angle addition formula for sine. Similar constructions yield the other sum and difference identities, forming the bedrock of trigonometry.

UNESCO Nomenclature: 1209
Analisi matematica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Teorema di Tolomeo
  • definizioni di seno e coseno (o funzione corda)
  • proprietà degli angoli inscritti in un cerchio
  • proprietà dei triangoli rettangoli in un cerchio

Applicazioni

  • trigonometria
  • astronomia (base storica per le tabelle degli accordi)
  • elaborazione del segnale (tramite analisi di Fourier che si basa su queste identità)
  • calcoli di fisica e ingegneria che coinvolgono onde e oscillazioni
  • computer grafica per matrici di rotazione

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: trigonometria, formula di addizione degli angoli, seno, coseno, teorema di Tolomeo, tavola delle corde, almagesto, quadrilatero ciclico, dimostrazione geometrica, astronomia.

Contesto storico

Teorema di Tolomeo e identità trigonometriche

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1640
1650
1747
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-400
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1635
1650
1736
1750

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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