カバリエリの原則

直接証明とは、確立された事実（通常は公理、定義、および既に証明された定理）を単純に組み合わせることによって、与えられた命題の真偽を示す方法です。条件命題 [latex]p rightarrow q[/latex] を証明するには、[latex]p[/latex] が真であると仮定し、推論規則を用いて [latex]q[/latex] も真でなければならないことを示します。

背理法（または背理法）は、間接証明の一形態です。これは、命題が偽であると仮定すると論理的な矛盾が生じることを示すことで、命題の真偽を確立します。命題[latex]p[/latex]を証明するには、その否定[latex]neg p[/latex]を仮定し、[latex]q land neg q[/latex]のような矛盾を導き出すことで、[latex]p[/latex]が真であると結論づけます。

ピタゴラスの定理は、直角三角形の3辺の関係を表すユークリッド幾何学の基本的な法則です。直角の対辺である斜辺を辺とする正方形の面積は、他の2辺を辺とする正方形の面積の和に等しいことを示しています。この式は、[latex]a^2 + b^2 = c^2[/latex] と表されます。

ピタゴラスの定理は、デカルト座標における距離の公式の基礎となります。平面上の2点[latex](x_1, y_1)[/latex]と[latex](x_2, y_2)[/latex]間の距離[latex]d[/latex]は、[latex]d = sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}[/latex]で与えられます。この公式は、x座標とy座標の差を辺とする直角三角形に定理を直接適用したものです。

これは数学史において特筆すべき問題である。1736年にレオンハルト・オイラーがこの問題を否定的に解決したことで、グラフ理論の基礎が築かれ、トポロジーの概念が先駆けられた。この問題は、ケーニヒスベルク市の7つの橋を、一度の往復で全て渡り、出発点と同じ陸地に戻ってくることができるかどうかを問うものであった。

位相幾何学における基本定理の一つに、任意の凸多面体において、頂点数（V）、辺数（E）、面数（F）は[latex]V - E + F = 2[/latex]という関係式で表されるというものがあります。この値2は球面のオイラー標数であり、多面体の具体的な形状に依存しない、深遠な位相幾何学的性質を示しています。

ピタゴラス数とは、[latex]a^2 + b^2 = c^2[/latex]を満たす3つの正の整数a、b、cから構成されます。よく知られた例として(3, 4, 5)があります。ユークリッドの公式は、これらの三つ組を生成する基本的な方法です。[latex]m > n[/latex]を満たす任意の2つの正の整数mとnが与えられた場合、[latex]a = m^2 - n^2[/latex]、[latex]b = 2mn[/latex]、[latex]c = m^2 + n^2[/latex]という式によってピタゴラス数が生成されます。

プラトン立体は、凸型の正多面体である5つの立体のみを指します。正多面体は、合同な正多角形の面を持ち、各頂点に集まる面の数も同じです。5つの立体とは、正四面体（4面）、正立方体（6面）、正八面体（8面）、正十二面体（12面）、正二十面体（20面）です。これらの立体の対称性と性質は、古代から研究されてきました。

2の平方根は無理数であり、2つの整数の比[latex]p/q[/latex]として表すことはできません。ピタゴラス学派に帰せられることが多い古典的な証明は、背理法による証明です。この証明では、[latex]sqrt{2} = p/q[/latex]を既約分数で仮定すると、[latex]p[/latex]と[latex]q[/latex]の両方が偶数でなければならないという結論に至り、最初の仮定と矛盾します。

プトレマイオスの定理は、三角法の和と差の公式に対する優雅な幾何学的証明を提供します。一辺を直径とする円に四角形を内接させることで、辺の長さは内接角の正弦と余弦で表すことができます。定理 [latex]AC cdot BD = AB cdot CD + BC cdot DA[/latex] を直接適用すると、[latex]sin(alpha + beta) = sinalphacosbeta + cosalphasinbeta[/latex] のような恒等式が得られます。

デカルト座標系は、ユークリッド幾何学の代数モデルを提供する。これは、1つまたは複数の数値、すなわち座標を用いて、空間内の点の位置を一意に決定する。平面上では、互いに垂直な2本の直線（x軸とy軸）が用いられ、幾何学的形状を代数方程式で記述することができる。このように代数と幾何学を融合させたものが解析幾何学と呼ばれる。

数学的帰納法は、自然数 n に対して性質 P(n) が成り立つことを証明するために用いられる手法です。この手法は、基本ケースとして P(0) または P(1) が真であることを証明し、帰納ステップとして、自然数 k に対して P(k) が真である場合 (帰納法の仮説)、P(k+1) も真であることを証明します。

様々な種類の波の伝播を記述する2階線形双曲型偏微分方程式。最も単純な形式では、[latex]frac{partial^2 u}{partial t^2} = c^2 nabla^2 u[/latex]と表され、ここで[latex]u(vec{x},t)[/latex]は波の振幅、[latex]c[/latex]は波の速度、[latex]nabla^2[/latex]はラプラス演算子である。この方程式は、弦の振動、音波、光波などの現象をモデル化する。

オイラー標数は位相不変量であり、位相空間の構造や形状を、その形状がどのように歪められても記述する数値です。多面体の場合、[latex]chi = V - E + F[/latex] という式で定義されます。ここで、V、E、F はそれぞれ頂点、辺、面の数です。球の場合、[latex]chi = 2[/latex]、トーラスの場合、[latex]chi = 0[/latex] となります。