De stelling van Casey

Volgende stelling komt van de hand van de Ierse wiskundige Casey   (1820-1891)

Gegeven is een cirkel, met middelpunt O en 4 niet snijdende cirkels, met middelpunten A,B,C en D) binnen die cirkel die in volgorde raken aan de grote cirkel. Noteer met aub,c,d,x en y hun gemeenschappelijke uitwendige raaklijnen. dan geldt:

    \[ac+bd=xy\]

Als we de 4 binnenste cirkels laten ‘ontaarden’ in 4 punten, krijgen we de stelling van Ptolemaeus. Andere varianten bestaan er in slechts enkele cirkels te laten krimpen tot punten. Het omgekeerde resultaat is eveneens geldig.

De stelling klopt trouwens ook als de 4 kleine cirkels aan de buitenkant liggen van de gegeven cirkel.

Dit artikel is het 500ste op deze website. Bedankt aan alle lezers.

Sangaku 3

Antwoord

  • We zien hier 3 cirkels die elkaar uitwendig raken en die alle 3 eenzelfde rechte raken. We zoeken een verband tussen de stralen. Noem die, van links naar rechts, r_1,r_2 en r_3.
  • Bij twee dergelijke cirkels zien we dat

        \[|xy|^2=(r+s)^2-(r-s)^2=4rs\]

  • We kunnen dit 3 keer toepassen in de gegeven sangaku: de twee linkse cirkels, de twee rechtse cirkels en de meest linkse met de meest rechtse. Zo vinden we \sqrt{r_1r_3}=\sqrt{r_1r_2}+\sqrt{r_2r_3}
  • Na deling van beide leden door \sqrt{r_1r_2r_3}, vinden we:

        \[\frac{1}{\sqrt{r_2}}=\frac{1}{\sqrt{r_1}}+\frac{1}{\sqrt{r_3}}\]

 

Inversie

We kennen de spiegeling rond een rechte als transformatie van het vlak. De dekpunten zijn de punten van de” rechte en lengte en hoeken zijn invarianten. Maar er betaat ook een spiegeling in een cirkel: de inversie. Lees in bijgevoegde tekst  hoe dit tewerk gaat en hoe je die techniek kan gebruiken om bepaalde meetkundige problemen over o.a. orthogonale cirkels en rakende cirkels, eenvoudiger op te lossen.

Het begrip inversie hebben we te danken aan de Zwitserse wsikundieg Jacob Steiner ( 1796-1863). Het wiskundige werk van Steiner beperkte zich tot meetkunde. Hij behandelde dit synthetisch en geheel niet analytisch.