NexTutor
Wirtualne laboratorium/Matematyka/Geometria/Spirala Teodorosa — pierwiastki geometrycznie
Wielkie odkrycie 400 p.n.e. — Teodoros z Cyreny

Spirala Teodorosa — pierwiastki geometrycznie

Rozszerzenie tematu twierdzenia Pitagorasa i pierwiastków kwadratowych. Budując kolejne trójkąty prostokątne o przyprostokątnej 1, otrzymujemy przeciwprostokątne o długościach √2, √3, √4, … — pierwiastki narysowane cyrklem i linijką. Każdy krok korzysta z twierdzenia Pitagorasa. Konstrukcję przypisuje się Teodorosowi z Cyreny (ok. 400 r. p.n.e.), który udowodnił nią niewymierność pierwiastków do √17.

Matematyka · Geometria · Spirala Teodorosa — pierwiastki geometrycznie (ok. 400 p.n.e.)
Numer kolejnego dobudowanego trójkąta nn6
Kolejne przeciwprostokątne w spirali Teodorosa mają długości…
trójkąt n
6
poprz. √n
√6 ≈ 2.449
nowa √(n+1)
√7 ≈ 2.646
kąt spirali
183°

Co się właśnie stało?

Dobudowując do spirali kolejne trójkąty prostokątne, w których jedna przyprostokątna ma zawsze długość 11, otrzymujesz przeciwprostokątne o długościach 2,3,4,5,\sqrt2,\sqrt3,\sqrt4,\sqrt5,\dots — czyli pierwiastki kwadratowe kolejnych liczb naturalnych, „narysowane" cyrklem i linijką.

Jak powstaje spirala:

Zaczynamy od trójkąta prostokątnego równoramiennego o obu przyprostokątnych 11 — jego przeciwprostokątna ma długość 2\sqrt2 (bo 12+12=21^2+1^2=2). Do tej przeciwprostokątnej dobudowujemy nowy trójkąt z przyprostokątną 11 — jego przeciwprostokątna to 3\sqrt3. I tak dalej.

Niezmiennik — jeden krok to jedno Pitagorasa:

(n)2+12=n+1    n+1(\sqrt{n})^2+1^2=n+1 \;\Rightarrow\; \sqrt{n+1}

Każda kolejna przeciwprostokątna powstaje z poprzedniej n\sqrt{n} i doklejonej przyprostokątnej 11, więc ma długość n+1\sqrt{n+1}. Stąd ciąg 2,3,4,\sqrt2,\sqrt3,\sqrt4,\dots pojawia się automatycznie.

Kim był Teodoros?

Spirala Teodorosa (zwana też spiralą pitagorejską lub spiralą pierwiastków kwadratowych) to konstrukcja przypisywana Teodorosowi z Cyreny (ok. 465–398 r. p.n.e.), greckiemu matematykowi i pitagorejczykowi, nauczycielowi Platona. Teodoros użył podobnej konstrukcji, by udowodnić niewymierność pierwiastków z liczb niebędących kwadratami — 3,5,6,\sqrt3,\sqrt5,\sqrt6,\dots aż do 17\sqrt{17}.

Dlaczego to ważne?

Konstrukcja pokazuje, jak abstrakcyjne liczby niewymierne można przedstawić jako konkretne, mierzalne długości geometryczne. Kolejne trójkąty owijają się wokół wspólnego środka pod stałym „przyrostem" kąta arctan ⁣(1/n)\arctan\!\big(1/\sqrt{n}\big), a przy 17\sqrt{17} spirala domyka pełny obrót i zaczyna nachodzić na siebie.

Po co Ci to na maturze:

To modelowy przykład twierdzenia Pitagorasa w akcji i geometrycznego sensu pierwiastka. Zapamiętaj wzór (n)2+12=n+1(\sqrt{n})^2+1^2=n+1, który daje przeciwprostokątną n+1\sqrt{n+1} w każdym kroku.

Zapamiętaj: spirala Teodorosa „rysuje" pierwiastki 2,3,4,\sqrt2,\sqrt3,\sqrt4,\dots; każdy krok to (n)2+12=n+1n+1(\sqrt{n})^2+1^2=n+1\Rightarrow\sqrt{n+1}.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Jakie długości mają kolejne przeciwprostokątne spirali Teodorosa?

Kolejnych pierwiastków: √2, √3, √4, √5, … — pierwiastki liczb naturalnych.

Z czego korzysta każdy krok konstrukcji?

Z twierdzenia Pitagorasa: (√n)²+1²=n+1, więc nowa przeciwprostokątna to √(n+1).

Do czego Teodoros wykorzystał tę spiralę?

Do udowodnienia niewymierności pierwiastków z liczb niebędących kwadratami (√3, √5, …, do √17).