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과학

프톨레마이오스의 정리

프톨레마이오스의 정리과학
영어
Ptolemy’s theorem
적용 도형
원에 내접하는 볼록사각형
대각선
AC와 BD
관계식
AC×BD = AB×CD + BC×DA
프톨레마이오스의 정리는 원에 내접하는 볼록사각형에서 두 대각선 길이의 곱이 두 쌍의 마주 보는 변 길이 곱의 합과 같다는 정리다. 꼭짓점이 원을 따라 A와 B와 C와 D 순서이면 AC×BD = AB×CD + BC×DA다.

꼭짓점의 순서

A와 B와 C와 D를 사각형의 경계를 따라 차례로 둔다. AC와 BD는 대각선이며 AB와 CD, BC와 DA는 각각 마주 보는 변이다. 변과 대각선을 섞어 곱하지 않도록 점의 순서를 정한 뒤 식을 세운다.

직사각형에서의 계산

가로가 3이고 세로가 4인 직사각형은 원에 내접한다. 두 대각선은 같은 길이 d이므로 정리를 적용하면 d² = 3×3 + 4×4 = 25다. 따라서 대각선의 길이는 5이며 피타고라스 관계가 특별한 경우로 나타난다.

정사각형의 대각선

한 변이 a인 정사각형에서도 두 대각선은 길이가 같다. 곱의 식은 d² = a² + a²가 되어 d = a√2를 얻는다. 정리는 변 길이의 합이 아니라 마주 보는 변의 곱 두 개의 합을 사용한다.

내접 조건의 중요성

모든 볼록사각형에서 같은 등식이 성립하는 것은 아니다. 네 꼭짓점이 한 원 위에 놓인다는 조건을 먼저 확인해야 한다. 일반적인 네 점에 대한 부등식과 내접사각형에서의 등식을 구분하면 조건을 생략하여 잘못 적용하는 일을 피할 수 있다.

관련 문서

사각형 / 직사각형 / 정사각형 / 대각선 / 원 (기하학) / 피타고라스 정리 / 제곱근