Rozszerzenie tematu sumy kątów trójkąta (tu przełamanej). Na płaszczyźnie suma kątów trójkąta = 180°, ale na sferze jest większa, a na powierzchni siodłowej mniejsza — istnieją spójne geometrie inne niż euklidesowa. Odkryli je niezależnie Łobaczewski (1829), Bolyai (1832) i Riemann (1854); geometria Riemanna stała się podstawą ogólnej teorii względności.
Co się właśnie stało?
Ze szkoły znasz jedno „prawo": suma kątów trójkąta to zawsze . To prawda — ale tylko na płaszczyźnie. Gdy trójkąt narysujesz na zakrzywionej powierzchni, suma jego kątów przestaje być stała: zależy od krzywizny tej powierzchni.
Trzy geometrie — trzy sumy kątów:
Na sferze (dodatnia krzywizna) trójkąt z wierzchołkiem na biegunie i dwoma na równiku ma trzy kąty proste: . Na powierzchni siodłowej (ujemna krzywizna, geometria hiperboliczna) suma jest mniejsza od .
Niezmiennik — nadmiar i defekt kątowy:
Odchylenie sumy kątów od — nadmiar na sferze lub defekt na siodle — jest wprost proporcjonalne do krzywizny powierzchni i pola trójkąta. Im większy trójkąt na kuli, tym bardziej suma jego kątów przekracza .
Rewolucja XIX wieku:
Przez ponad dwa tysiące lat matematycy sądzili, że geometria Euklidesa (z sumą kątów ) jest jedyną możliwą i „prawdziwą" geometrią przestrzeni. Próbowano wyprowadzić jego piąty postulat (o prostych równoległych) z pozostałych — bezskutecznie. Przełom nastąpił, gdy Nikołaj Łobaczewski (1829), János Bolyai (1832) i Bernhard Riemann (1854) niezależnie odkryli spójne geometrie nieeuklidesowe. Nie były to „błędne" geometrie, lecz równie logicznie spójne jak euklidesowa — po prostu zależne od krzywizny przestrzeni.
Dlaczego to ważne:
Odkrycie zrewolucjonizowało matematykę i filozofię: przestrzeń nie musi być „płaska". Geometria różniczkowa Riemanna stała się matematycznym językiem ogólnej teorii względności Einsteina, w której grawitacja to zakrzywienie czasoprzestrzeni — trójkąt kątów innych niż to dziś fizyka, nie tylko abstrakcja.
Po co Ci to na maturze:
Reguła „suma kątów trójkąta = " obowiązuje w geometrii euklidesowej — i taka jest na maturze. Ale warto wiedzieć, że to aksjomat płaszczyzny, a nie prawda absolutna: zmiana piątego postulatu daje inne, równie poprawne geometrie.
Zapamiętaj: suma kątów trójkąta zależy od krzywizny powierzchni — na płaskiej, na sferze (dodatnia krzywizna), na siodle (ujemna, geometria hiperboliczna).
Więcej niż 180° — na powierzchni o dodatniej krzywiźnie suma kątów jest większa.
Od krzywizny powierzchni: =180° (płaska), >180° (sfera), <180° (siodło/hiperboliczna).
Geometria Riemanna stała się matematyczną podstawą ogólnej teorii względności Einsteina.