Правила Худзіти
Правила Худзіти — набір семи правил, що формально описують геометричні побудови за допомогою плаского оригамі, подібним до побудови за допомогою циркуля та лінійки. Названі на честь японо-італійського математика Хуміакі Худзіти (1924—2005).
Фактично вони описують всі можливі способи отримання однієї нової складки на аркуші паперу шляхом суміщення вже існуючих різних елементів аркуша — точок та ліній. Під лініями розуміються краї аркуша або складки паперу, під точками — перетини ліній. Істотним моментом є те, що згин формується єдиною складкою, причому в результаті складання фігура залишається пласкою.
Часто ці правила називають «аксіомами», хоча з формальної точки зору аксіомами вони не є.
Правила
Складки в цих правилах існують не завжди, правило стверджує тільки, що якщо така складка є, то її «можливо» знайти.
Правило 1
Нехай задані дві точки і , тоді аркуш можна скласти так, що ці дві точки будуть лежати на складці.
Правило 2
Нехай задані дві точки і , тоді аркуш можна скласти так, що одна точка перейде в другу.
Правило 3
Нехай задані дві прямі і , тоді аркуш можна скласти таким чином, що одна пряма перейде в другу.
Правило 4
Нехай задані пряма і точка , тоді аркуш можна скласти так, що точка пройде через складку, а пряма перейде сама в себе (тобто лінія складки буде їй перпендикулярна).
Правило 5
Нехай задані пряма і дві точки і , тоді аркуш можна скласти так, що точка потрапить на складку, а на пряму .
Правило 6
Нехай задані дві прямі і і дві точки і , тоді аркуш можна скласти так, що точка потрапить на пряму , а точка на пряму .
Правило 7
Нехай задані дві прямі і і точка , тоді аркуш можна скласти так, що точка p потрапить на пряму , а пряма перейде сама в себе (тобто лінія складки буде їй перпендикулярна).
Зауваження
Всі складки в цьому списку можна отримати як результат послідовного застосування правила номер 6. Тобто для математика вони нічого не додають, однак дозволяють зменшити кількість згинів. Система з семи правил є повною, тобто вона описує всі можливі способи отримання однієї нової складки на аркуші паперу шляхом сполучення вже існуючих різних елементів аркуша. Це останнє ствердження було доведено Робертом Ленгом[1].
Можливі і неможливі побудови
Всі побудови є нічим іншим, як розв'язком якого-небудь рівняння, причому коефіцієнти цього рівняння пов'язані з довжинами заданих відрізків. Через це зручно казати про побудову числа — графічного розв'язку рівняння визначеного типу. В межах вищеописаних вимог можливі наступні побудови:
- Побудова розв'язків лінійних рівнянь.
- Побудова розв'язків квадратних рівнянь.
- Побудова розв'язків кубічних рівнянь (правило 6).
Інакше кажучи, можливо побудувати лише числа, що дорівнюють арифметичним виразам з використанням квадратних і кубічних коренів із початкових чисел (довжин відрізків).
В окремих випадках, за допомогою таких побудов можна здійснити подвоєння куба, трисекцію кута, побудову правильного семикутника. Розв'язок задачі про квадратуру круга однак залишається неможливим, через те, що π — трансцендентне число.
Історія
Основне правило (номер 6) було розглянуто Маргеритою Пьяцолла-Белок (італ. Margherita Piazzolla Beloch)[2], їй же належать перші побудови трисекції кута і квадратури кола за допомогою оригамі-побудов. Повний перелік правил з'являється в роботі Жака Жюстина[3], який пізніше також посилався на Пітера Мессера як на співавтора. Практично одночасно правила 1—6 були сформульовані Хуміакі Худзитою[4]. Останнє сьоме правило додав ще пізніше Косиро Хаторі[5].
Варіації та узагальнення
Список можливих побудов можна значно розширити, якщо дозволити створення декількох складок за один раз. Хоча людина, що вирішила зробити декілька складок за раз на практиці стикнеться з труднощами фізичного характеру, тим не менш можливо вивести правила, аналогічні правилам Худзіти і для цього випадку[6]. При допущенні таких додаткових правил можливо довести наступну теорему:
- Будь-яке алгебраїчне рівняння степеня n може бути розв'язане n-2 одночасними складками
Цікаво, чи можливо розв'язати те саме рівняння додаванням, що використовує меншу кількість складок. Це, безперечно, вірно для n=4 і невідомо для n=5[6].
Див. також
Література
- Huzita Axiomas на сайті Роберта Ленга (англ.)
- T. Hull Origami Geometric Constructions(англ.)
Примітки
- Robert J. Lang, Origami and Geometric Constructions
- M. P. Beloch, Sul metodo del ripiegamento della carta per la risoluzione dei problemi geometrici, Periodico di Mathematiche, Ser. 4, Vol. 16, 1936, 104—108.
- Justin, Jacques, Resolution par le pliage de l'equation du troisieme degre et applications geometriques, reprinted in Proceedings of the First International Meeting of Origami Science and Technology, H. Huzita ed. (1989), 251—261.
- Humiaki Huzita, "Axiomatic Development of Origami Geometry, " Proceedings of the First International Meeting of Origami Science and Technology, Humiaki Huzita, ed., 1989, pp 143—158.
- Koshiro Hatori, Origami Construction
- Roger C. Alperin and Robert J. Lang, "One-, Two-, and Multi-Fold Origami Axioms.