阿波罗尼奥斯问题

✍ dations ◷ 2025-09-08 18:03:11 #平面几何,共形几何

阿波罗尼奥斯问题是一道有名的几何题:“平面上给定三个圆周,如何用尺规作图构造出和这三个已知圆都相切的圆(图1 )?”

佩尔盖(英语:Perga)的阿波罗尼奥斯(Apollonius of Perga,约前262年-约前190年)在其著名作品《论切触》(希腊语:Ἐπαφαί,英译名 Tangencies )里提出并解决了这个问题;虽然作品现已遗失,但这个数学结果已被记载在一份四世纪时亚历山大的帕普斯所写的报告里。

三个给定的圆,一般而言会有八个不同的圆和它们都相切(图2),而在这八个解里,每一个都以不同的方式内切或外切于给定的三个圆。在十六世纪,范罗门用相交的双曲线解决了这个问题,但他的解法并不符合只使用直规的要求。弗朗索瓦·韦达利用问题的极端情况找到这样一种解法:三个圆中的任何一个都可以缩成零半径(一个点),或扩大成半径无限(一条直线)。此方法也被认为是阿波罗尼奥斯所用方法的一个颇为可信的重现。另外,值得一提的是,范罗门的方法后来被艾萨克·牛顿简化了,而且他证明了阿波罗尼奥斯问题等价于另一个问题:寻找一个点,其与三个给定点的距离之差是已知的。此想法在导航和定位系统中有一些应用,比如LORAN(远距离无线电导航系统)。

再后来的数学家引入了代数的方法,即把几何问题变换为代数方程组。这些方法又可以利用阿波罗尼奥斯问题所固有的对称性以得到简化,比如作为解的那些圆周(解圆)一般都成对出现:一个解圆和某已知圆外切的话,相应一定有另一个解圆是内切的(图2)。热尔岗纳(法语:Joseph Diez Gergonne)利用这种对称性提供了一个优美的尺规解法;也有一些数学家使用圆反演等几何变换来简化已知圆的配置。以上这些发展为一些代数方法提供了几何的框架(见李球面几何(英语:Lie sphere geometry)),以及根据已知圆的33种不同的配置来对解圆分类的方法。

阿波罗尼奥斯问题还进一步激发了很多工作。这个问题的三维推广--构造与四个已知球面相切的球面--或者更高维的推广,都有人研究。另外,三个已知圆两两相切的这种配置也引起了关注,例如笛卡儿就给出过已知圆和解圆的半径关系式,即笛卡尔定理(英语:Descartes' theorem)。在这种配置下,如果把问题的解不断地迭代,还能得到所谓“阿波罗尼奥斯垫片(英语:Apollonian gasket)”;这是最早被印刷出来的分形图形,在解析数论中也有它的芳踪(见福特圆(英语:Ford circle)和哈代-李特尔伍德圆法)。

相关

  • 败血性休克败血性休克(septic shock),又称感染性休克,是指罹患严重败血症(sepsis)的部分病人,简单来说,败血症是种身体对感染的反应。病人出现无法由抢救输液(fluid resuscitation)挽回的低血压,
  • 育亨宾育亨宾(英语:Yohimbine)是一种温和的单胺氧化酶抑制剂,并具有壮阳与兴奋剂功效。它作为治疗性功能障碍的医用处方药销售。育亨宾也是携带α2A肾上腺素受体基因多态性的人类与动
  • 城市延伸城市蔓延(英语:Urban sprawl),或称郊区蔓延(Suburban sprawl),俗称摊大饼,是指郊区城市化过程中,城市人口大幅向外发展,侵占城市边缘的乡郊地区并形成低密度、单功能,且通常依赖小汽车
  • 塔尔贝格西吉斯蒙德·塔尔贝格(德语:Sigismond Thalberg,1812年1月8日-1871年4月27日),瑞士钢琴家,作曲家。塔尔贝格出生在日内瓦附近的一个小镇,终其一生,他并未提起过自己的父母是谁。后人
  • 铰齿铰齿(Hinge teeth)是多个物种的外壳内部表层的一部分,包括软体动物门的双壳纲及腕足动物门的旧有铰纲的物种。根据定义,这些物种都有两瓣壳,而这两瓣壳通过在壳的背部或顶部边缘
  • 22号染色体人类的22号染色体是23对染色体的其中之一,人体细胞在正常状况下拥有一对。此染色体是第二小的人类染色体,拥有大约4900万个碱基对,占细胞中DNA数量的1.5%到2%。22号染色体是在1
  • 丁丙诺啡/纳洛酮丁丙诺啡/纳洛酮(Buprenorphine/naloxone),会以舒倍生(Suboxone)之类的药品名称贩售,是由丁丙诺啡及纳洛酮组成的复方药物(英语:combination medication),此药物是用来治疗鸦片物质依
  • 核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖-1,5-二磷酸(英语:ribulose-1,5-bisphosphate,缩写RuBP)又称为1,5-二磷酸核酮糖、二磷酸核酮糖、双磷酸核酮糖,是在光合作用中的卡尔文循环里起重要作用的一种五碳糖。植物
  • 手绢手绢,亦称手帕、手捏子、手巾、面帕,是一种生活用品。
  • 阿敏哲哲阿敏哲哲,塔山前卫都督兼第二代哈达国国主扈尔干之女,清太祖努尔哈赤之福晋,后世文献所称侧妃。她是努尔哈赤继母、清显祖次夫人恳哲的侄女,恳哲对嫡夫人厄墨气所出的淑勒贝勒努