所以:AF、FE为边的正方形的面积之和等于CG、GE为边的正方形的面积之和,AF为边的正方形面积等于CG为边的正方形的面积,因为:AF等于CG。
所以:余下的FE为边的正方形的面积等于EG为边的正方形的面积。
所以:EF等于EG(命题I.47)。
又:当弦心距相等时,这些弦叫做等弦心距的弦,所以:AB、CD的弦心距相等。
另,设AB、CD有等弦心距,即EF等于EG。
那么我说:AB也等于CD。
同前理,我们可以证明AB是AF的两倍,CD是CG的两倍。因为AE等于CE,AE为边的正方形的面积等于CE为边的正方形的面积。
EF、FA为边的正方形的面积之和等于AE为边的正方形的面积,EG、GC为边的正方形的面积之和等于CE为边的正方形的面积(命题I.47)。
所以:EF、FA为边的正方形的面积之和等于EG、GC为边的正方形的面积之和,其中因为EF等于EG,故EF为边的正方形的面积等于EG为边的正方形的面积;
所以:余下的AF为边的正方形的面积等于CG为边的正方形的面积;所以:AF等于CG,AB是AF的两倍,CD是CG的两倍。
所以:AB等于CD。
所以:圆内的相等弦,到圆心的距离亦相等;到圆心距离相等的弦彼此相等。
证完
注解
注意:欧几里得证明了两次三角形边角相等的定理。
这一命题用在下一命题中。
命题III.15
圆内越靠近圆心的弦越长,直径是最长的弦。
设:圆为ABCD,AD是其直径,E为圆心,作BC靠近圆心弦AD,FG为较远弦。
那么我说:AD最长,且BC大于FG。
令:从圆心E作EH、EK,使之分别垂直于BC、FG(命题I.12);
因为:BC靠近圆心,FG离圆心较远。所以:EK大于EH(定义III.5);
令:EL等于EH,过L作LM垂直于EK,并经过点N;再连接ME、EN和EF、EG(命题I.3、I.11);
因为EH等于EL,所以:BC也等于MN(命题I.3、I.11);
又因为AE等于EM,ED等于EN,所以:AD等于ME、EN之和;
又因为:ME、EN之和大于MN,MN等于BC。所以:AD便大于BC(命题I.20);
又因为:ME、EN两边等于FE、EG两边,角MEN大于角FEG。所以:第三边MN大于第三边FG(命题I.24)。
而MN又被证明等于BC。所以:直径AD为最大,BC大于FG。
所以:圆内弦直径为大,越靠近圆心的弦越大。
证完
罗马数字和阿拉伯数字
罗马数字是五进位的简单累数制,12世纪前盛行于欧洲。罗马记数法相当笨拙,它使得算术四则运算非常复杂,在一定程度上阻碍了数学的发展。图为16世纪的教科书。该教科书的编者认为:应有必要提醒读者罗马数字和阿拉伯数字之间的关系。实际上,至今在某种场合我们仍在使用罗马数字。
注解
这一命题在《几何原本》中的其他地方再未被利用。
命题III.16
从圆的直径的端点作垂直于直径的直线。该直线落在圆外;且在该线与圆周之间不可能插入第二条直线;且半圆角大于任何锐角;而余下的角小于任何锐角。
设:圆为ABC,D为圆心,AB为直径;
那么我说:从A点作垂直于AB的直线一定落在圆外。
如果可能,假定落在圆内如CA,连接DC。
因为:DA等于DC,角DAC也等于角ACD(命题I.5)。
而角DAC是直角,于是角ACD也是直角;于是在三角形ACD中,DAC、ACD两角之和等于180°,这是不可能的(命题I.17);
所以:从A点引出的垂直于AB的线不落在圆内。
同样,我们可以证明不能落在圆周上,所以它只能落在圆外。
设:该直线为AE。
那么我要进一步说:在直线AE与圆弧CHA之间不可能存在第二条线。
假设它们之间存在第二条直线,我们假定它为FA,从D点作DG垂直于FA(命题I.12)。
因为:AGD为直角,而角DAG小于直角,所以AD大于DG(命题I.17、I.19)。
又:DA等于DH,于是:DH大于DG,于是小大于大,这是不可能的。
所以:在这个平面上,不可能在该直线与圆周之间再引出另一条直线。
我还要进一步说:直径AB与圆弧CHA所包含的半圆角大于任何锐角,其余角即CHA与AE包含的角小于任意锐角。
因为,如果有某一直线角大于由直线BA与圆弧CHA包含的角,而且某一直线角小于由圆弧CHA与直线AE所包含的角。
那么,在平面内,在圆弧CHA与直线AE之间可以插入直线包含这样一个角,是由直线包含的,而它大于直线BA与圆弧CHA包含的角,而且直线包含的其他的角皆小于由圆弧CHA与直线AE包含的角。
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