Pitagorasen teorema

thumb|**Pitagorasen teorema** ulertzeko bideoa.Matematikan, **Pitagorasen teorema** geometria euklidiarrean  triangelu angeluzuzuen baten hiru aldeen arteko funtsezko erlazioa da. Honakoa dio: 

Beste modu batera esanik, hipotenusa c, aldetzat duen karratuaren azalera, triangeluan kontrako angeluzuzena osatzen duten bi aldeen, a eta b, karratuen azaleren batura da. Hau da: 

ekuazio honi batzuetan **Pitagorasen ekuazioa** deitzen zaio.

Teoremak K.a. 570 inguruan jaiotako Pitagoras filosofo greziarraren izena darama.  Teorema metodo desberdin askoren bidez frogatu izan da —segur aski, edozein teorema matematikok izandako frogatzerik handiena—. Frogak askotarikoak dira, geometrikoak eta aljebraikoak barne, batzuk duela milaka urtekoak.

Espazio euklidearra koordenatu kartesiarren sistema batek irudikatzen duenean geometria analitikoan, distantzia euklidearrak erlazio pitagorikoa betetzen du: bi punturen arteko distantzia puntuen arteko koordenatu bakoitzean dagoen aldearen karratuen batura da.

Teorema hainbat modutan orokortu daiteke: dimentsio gehiagoko espazioetara, euklidearrak ez diren espazioei, triangelu zuzenak ez diren objektuei, eta triangeluak ez diren objektuei, baizik eta *n*-dimentsiodun solidoak. Pitagorasen teoremak matematikatik kanpo interesa erakarri du abstrakzio matematikoaren, mistikoaren edo botere intelektualaren sinbolo gisa; erreferentzia herrikoi ugari ditu literaturan, antzerki-lanetan, musikaletan, abestietan, zigiluetan eta karikaturetan.

## Froga grafikoa 
Hemen duzun froga grafikoarekin ikus dezakezu hipotenusaren karratua nola aldatzen den triangeluaren erpinak aldatuta.

## Historia 
Pitagorasen teoremak Pitagoras (K.a. VI. mendea) greziar filosofo eta matematikariaren ondoren darama izena, batez ere, haren froga eskola pitagorikoari zor zaiolako. Dena dela, lehenagoko, Mesopotamian eta Antzinako Egipton, bazuten zantzuaren aditzea, triangelu zuzenen aldeekin bat zetozen hirukote-balioak ezagutzen baitzituzten, eta triangelu horiei buruzko eragiketak ebazteko erabiltzen ziren, oholtxo eta papiro batzuetan adierazten den moduan. Hala ere, ez du luzaroan iraun inolako dokumenturik hori teorikoki erlazionatzen duenik.

Teoremaren historia lau zatitan bana daiteke: hirukote pitagorikoen ezagutza, triangelu zuzen baten aldeen arteko erlazioaren ezagutza, aldameneko angeluen arteko erlazioen ezagutza, eta sistema dedktibo batzuen barruan teoremak frogatzea.

Antzinako Egipton, K.a. 1800. urtean idatziriko papiro batean hirukote pitagorikoa erantzuntzat duen arazo bat biltzen du, nahiz eta triangeluekiko aipamenik ez dagoen. Mesopotamiako tauletan ere, K.a. 1800, Larsatik gertu hirukote pitagorikoekin lotura estua duten sarrera ugari aurkitu dira. K.a. XXVI. mendeko Kefrenen piramidea, egiptoar triangelu sakratuan oinarriturik eraiki zen lehen piramidea izan zen, 3-4-5 proportzioan.

Indian, Baudhayana Shulba Sutra-k, K.a. VIII. eta V. mende bitartean, hirukote pitagorikoen zerrenda eta Pitagorasen teoremaren enuntziatua ditu. Han dinastiaren garaian (K.a. 206tik K.o. 220ra), *Matematika-artearen bederatzi kapituluak*-en hirukote pitagorikoak agertzen dira, hauei dagozkien triangelu angeluzuzenen aipamenekin bat.

Teorema Euklidesen *Elementuak*en (I. Liburua, 47. Proposizioa) agertzen da, "Arotzaren teorema" izenez, eta bertan katetoen karratuen batura hipotenusaren karratua dela frogatzen du.

## Frogak 
thumb|Birantolakuntza froga, berdinak diren lau triangelu zuzen erabiliz. Animazioan zati ilun zein argien azalera ez da inoiz aldatzen, ondorioz, *a*2 + *b*2 eta *c*2 balio bera dute.
Pitagorasen teoremak froga ugari ditu, bakoitza bere metodoarekin. E.S. Loomis matematikari estatubatuarrak adibidez, 1927. urtean, 367 froga batu zituen *The Pythogorean Proposition* liburuan. Liburu horretan, Loomisek ebazpenak lau multzo handitan banatu zituen: **aljebraikoak**, non triangeluaren aldeak eta segmentuak erlazionatzen diren; **geometrikoak**, non azaleren konparaketa egiten den; **dinamikoak** indarra eta masaren propietateen bidez; eta **koaternioiak**, bektoreen bidez.

### Froga algebraikoak 
Ondorengo froga Zhoubi Suanjing, K.a. 500-300 urteen artean idatzitako lan matematiko txinatarrean agertzen da, baina Pitagorasek obra honen berri izan ez zuelako ustea dago.

Froga honela doa. Demagun triangelu angeluzuzen bat dugula, a, b katetoak (orokortasunik galdu gabe, demagun a\leq b) eta c hipotenusa dituena.

Beheko animazioan ikusten den bezala, c aldedun karratuan hasieran barnean zuen triangeluaz gain, alde bakoitzari a eta b katetodun beste triangelu bat gehitzen badiogu, karratu txikiago bat lortuko dugu erdian. Barneko karratu honen aldeen luzera b-a da (gogoratu a\leq b hipotesiz). Karratu baten azalera aldeen karratua denez, eta triangeluzuzen baten azalera katetoen biderketaren erdia, c aldedun karratuaren azalera lau triangeluren azaleren batura gehi erdiko karratuaren azalera da. Hau da, froga amaituz:

{{Ekuazio|:c^2=4\left(\frac{a\cdot b}{2}\right)+(b-a)^2=b^2+a^2.}}

thumb|Zhoubiko frogaren animazioa.

Antzeko froga bat ere bada hipotenusaren aldeak kanporantz definituriko karratua aztertu beharrean, barrurantz definituriko karratua aztertzen duena. Hau da, c aldedun karratuaren kanpoko alde bakoitzean, lau denera, c hipotenusadun triangeluak jarriz gero, a+b luzeradun aldea duen karratua lortuko dugu. Beraz, (a+b)^2 azaleraduna. Lau triangeluek eta c aldedun karratuak karratu haundienaren azalera bera izan behar duenez:

{{Ekuazio|:(a+b)^2=c^2+4\frac{ab}{2}=c^2+2ab,}}

Pitagorasen ekuazioa ondorioztatuz

thumb|Pitagorasen teoremaren froga diagramatikoa.

### Froga geometrikoak 
#### Triangeluen antzekotasuna 
thumb|Triangeluen parekotasunaren eskema.

Froga hasi aurretik, gogoan izan bi triangeluren angeluak kongruenteak badira, antzeko triangeluak direla. Kasu honetan, dagozkien aldeen luzerak proportzionalak dira. 

ABC triangelua bi triangeluzuzenetan zatitu daiteke, C angeluan oinarriarekiko zuzena botaz, irudian ikusten den moduan. 

ABC, AHC eta BHC triangelu angeluzuzenek angelu kongruenteak dituzte: C angeluzuzena, \angle{AHC} eta \angle{BHC} angeluzuzenez ordezkatu dugu. Ondorioz, esandako triangeluak antzekoak dira, ondorengo ekuazioak betez

* ABC eta AHC-ren arteko antzekotasuna:

{{Ekuazio|: \frac{b}{b'}=\frac{c}{b},  }}

* ABC eta BHC-ren arteko antzekotasuna:

{{Ekuazio|: \frac{a}{a'}=\frac{c}{b},  }}

Aurreko bi ekuazioak batuz gero:

baina  (a'+b')=c    denez, azkenik, Pitagorasen ekuazioa lortzen da:

#### Einsteinen froga trigonometrikoa
alt=|thumb|Hipotenusako angeluzuzenaren zatiketa, Einsteinen frogan bezala.

Antzeko triangeluen frogaren moduan, Albert Einstenen frogak ere hipotenusako angeluzuzena zatitzen du aurkako aldera perpendikularra sortuz. Triangelu angeluzuzen baten barruko ratioa sinuaren definizioan erabiliz gero:

{{Ekuazio|:\sin(\alpha)=\frac{a}{c},}}
{{Ekuazio|:\sin(\beta)=\frac{b}{c},}}
{{Ekuazio|:c=b\sin(\beta)+a\sin(\alpha)=\frac{b^2}{c}+\frac{a^2}{c},}}
eta beraz

#### Froga grafikoa
Ezkerreko irudian ikusten den a, b, c aldedun triangelu angeluzuzen eta katetoei eta hipotenusari dagokien karratuetatik abiatuz, bi karratu ezberdin eraikitzen dira:

* Horietako bat katetoen karratuez eta hasierako triangeluaren berdinak diren beste lau triangelu angeluzuzenez dago osaturik (erdiko irudia).

* Beste karratua aurreko lau triangeluek eta hipotenusaren karratuak osatzen dute (eskuineko irudia).

Hauetako karratu bakoitzari triangeluak kentzen badizkiogu, nabarmena da azalera griseko karratua (c^2), karratu urdin eta horiaren (b^2+a^2) baliokidea dela. Horrela, Pitagorasen teorema frogatzen da.
alt=|erdian|thumb|Zentroko karratuen baturak eta eskuinekoak azalera bera dute.

### Froga analitikoa 
Kalkulu diferentziala erabiliz ere lortu dezakegu teoremaren frogarik. Kalkuluko notazioarekin bat egiteko, ABC triangeluaren aldeei izena aldatuko diegu, y:=c deituz hipotenusaren luzerari eta x:=b kateto bertikalari diagraman ikusi daitekeen moduan. AC aldea apur bat luzatuz gero, \mathrm{d}x kopuruz, orduan y ere apur bat haundituko da, ADB triangelua sortuz. C puntutik BE aldearekiko perpendikularra hartuz gero, CDE triangelua sortua dugu, gutxi gorabehera ABC triangeluaren antzekoa. Beraz, triangeluen antzekotasuna erabiliz, aldeen proportzioa berdina izan beharko luke, hau da:

{{Ekuazio|:\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=\frac{x}{y}.}}

Honek ekuazio diferentzial batera garamatza, y\mathrm{d}y=x\mathrm{d}x, zuzenean ebatzi dezakeguna integratuz:

{{Ekuazio|:\int y\mathrm{d}y=\int x\mathrm{d}x,}}

ondorioz

Konstantea erraz aurkitu dezakegu x=0 eta y=a hartuz, hau da, C=a^2. Froga hau intuitiboa da, baina zehatz egin daiteke limiteak hartuz, erreferentzian ikus daitekeen moduan.

thumb|Pitagorasen teoremaren froga diferentziala.

## Teoremaren alderantzizkoa 
Pitagorasen teoremaren alderantzizkoa ere egia da. Hau da, a,b eta c luzerako aldeak dituen triangelu bat emanik, a^2+b^2=c^2 betetzen bada, orduan a eta b aldeen arteko angelua angelu zuzena da.

Teorema hau Euklidesen *Elementuak*en (I. Liburua, 48. Proposizioa) ageri da, aldeak definitzen duten karratuei erreferentzia eginez: "Triangelu baten aldeetako bateko karratua triangeluaren gainerako bi aldeetako karratuen batura berdina bada, orduan gainerako bi aldeek duten angelua angelu zuzena da."

Proba kosinuaren teorema erabiliz froga daiteke. ABC triangelu orokor bat emanik, non a, b eta c aldeek pitagorasen erlazioa betetzen duten a^2+b^2=c^2, baina triangeluak ez duelarik nahitaez angelu zuzenik. Bestalde, beti sor dezakegu beste triangelu A'B'C' bat, a'=a eta b'=b aldeak dituena, angelu zuzen bat izanik alde honetan, eta orain pitagorasen teoremaren ondorioz triangelu honen hipotenusak
{{Ekuazio|:c'= \sqrt{a^2+b^2}=c}}
beteko du. Beraz alde berdinak dituzten bi triangelu ditugu, a, b eta c, kosinuaren teoremaren ondorioz, alegia triangeluaren angelu bakoitza hiru aldeek bakarrik zehazten dutenez, ABC triangeluko a eta b aldeen arteko angelua A'B'C' triangeluaren berdina da, hau da, angelu zuzena.

## Erabilera adibideak 
### Hirukote pitagorikoak 
**Hirukote pitagorikoak**  hiru zenbaki oso positiboz a, b eta c osatua dago, non pitagorasen erlazioa betetzen duten a^2+b^2=c^2. Horrelako hirukotea (a,b,c) idatzi ohi da, adibide ezagun bat (3, 4, 5) izanik.

Gainera, hiru zenbakiak a, b eta c elkarrekiko lehenak badira (hau da, zatitzaile komun handiena 1 da), **hirukote pitagoriko primitiboa** deitzen diogu. Adibidez, (3, 4, 5) hirukote pitagoriko primitibo bat da, baina (6, 8, 10) ez.

Hirukote pitagorikoek triangelu zuzen baten hiru alde osoen luzera, hau da, aldearen luzera zenbaki oso bat da, deskribatzen dute. Hala ere, alde osoak ez diren triangelu zuzenek ez dute hirukote pitagorikoa osatzen. Adibidez, a=1=b eta c=\sqrt{2} aldeak dituen triangelua angeluzuzena da, baina ez da hirukote pitagorikoa, \sqrt{2} ez baita zenbaki oso bat.

Soluzio osoak bilatzean, a^2+b^2=c^2 ekuazio diofantoarra da. Beraz, hirukot epitagorikoak ekuazio diofantino ez-lineal baten soluzio zaharrenen artean daude.

### Zenbaki neurtezinak eraikitzea 
Pitagorasen teoremaren ondorioetako klasikoetako bat, zenbaki neurtezinak (arrazionalak ez diren zenbaki errealak) zuzen eta konpasa erabiliz eraiki daitezkeela da. Honek eskola Pitagorikoaren zenbakien kontzueptuarekin talka egiten zuen, hauek proportzioak zenbaki osoen zatiketaz aztertzen baitzituzten (hau da, zenbaki arrazionalak bakarrik onartzen zituzten). Kondairak dio, pitagorikoek Hipaso (K.a. 500) itsasoan itoarazi zutela, zenbaki irrazionalen existentzia ezagutarazteagatik.

Zehazki, luzera 1 duten bi alde izanez gero, a eta b, zenbaki neurtezinak Pitagorasen teorema erabiliz eraiki daitezke, hipotenusa zenbaki irrazional neurtezina baita, c=\sqrt{2}.

### Zenbaki konplexuak 
thumb|Zenbaki konplexu baten z moduluaren r adierazpen grafikoa.
Jakina da zenbaki konplexu baten

balio absolutua, zenbaki konplexuen kasuan modulua ere deitua, parte erreal eta irudikariaren karratuen baturaren erroa dela
{{Ekuazio|:r:=|z|=\sqrt{x^2+y^2}.}}
Beste era batera esanik, zenbaki konplexuen moduluak, parte errealak eta irudikariak hirukote pitagorikoa osatzen dute. Hau da,

Bada r geometrikoki, ardatz horizontala zati erreal bezala eta bertikala irudikari bezala, (x,y) puntuak onarriarekiko 0 luzera errepresentatzen du.

### Geometria euklidearra 
Koordenatu kartesiarretan ezarririko bi punturen arteko distantziaren ekuazioa Pitagorasen teoremaren ondorioa da. Plano errealeko bi punturen (x_1,y_x) eta (x_2,y_2) arteko distantzia, batzuetan distantzia Euklidearra deitua, honakoa da
{{Ekuazio|:|(x_1,y_1)-(x_2,y_2)|=\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}.}}
thumb|Koordenatu kartesiarretan bi punturen arteko distantzia euklidearraren azalpen geometrikoa.
Irudian ikus daitekeen bezala, bi punturen distantzia hauek osatzen duten triangelu angeluzuzenaren hipotenusatzat uler daiteke. Hala interpretatuz gero, triangeluaren bi katetoek |x_1-x_2| eta |y_1-y_2| luzera izango dute hurrenez hurrun. Balio absolutuaren karratuak sinua errespetatzen duenez,

Distantziaren nozio hau n-dimentsiodun espazio Euklidearretara orokortu daiteke. Bertan puntuak n dimentsiodun bektoreak dira, adibidez A=(a_1,\ldots,a_n) eta . Pitagorasen teoremaren orokortzean, bi bektore hauen arteko distantzia honako ekuazioaz definitzen da:
{{Ekuazio|:\sqrt{(a_1-b_1)^2+(a_2-b_2)^2+\cdots+(a_n-b_n)^2}=\sqrt{\sum_{i=1}^n(a_i-b_1)^2}.}}

### Pitagorasen identitate trigonometrikoa 
Diagraman ikusi daitekeen moduan, triangelu angeluzuzen batean a katekoaren eta c hipotenusaren arteko \theta angeluaren sinua eta kosinua aldeen ratioak definitzen ditu
{{Ekuazio|:\sin\theta=\frac{b}{c},\quad\cos\theta=\frac{a}{c}.}}
Identitate trigonometrikoa beraz Pitagorasen teoremaren ondorioa da zeren
{{Ekuazio|:\sin^2\theta+\cos^2\theta=\frac{a^2}{c^2}+\frac{b^2}{c^2}=1.}}
Bestalde, antzeko triangeluetan aldeen arteko proportzioek angeluekiko mendekotasuna dute, triangeluen azalera edozein dela ere. Beraz hipotenusaren luzera unitatea duen triangelu angeluzuzen baten katetoek \sin\theta eta \cos\theta luzera dute, irudian ikusi daitekeen moduan.

### Biderketa bektoriala 
right|thumb|Biderketa eskalarra eta bektorialaren arteko erlazioa.
Pitagorasen teoremak biderketa eskalarra eta biderketa bektorialaren arteko erlazioa dakar:
{{Ekuazio|:\|\textbf{a}\times \textbf{b}\|^2+(\mathbf{a}\dot\mathbf{b})^2=\|\mathbf{a}\|^2\|\mathbf{b}\|^2,}}
\mathbf{a} eta \mathbf{b} bektoreak direlarik. Gogoratu operazio bilinear hauen definizioak honakoak direla
{{Ekuazio|:\begin{align} \mathbf{a} \times \mathbf{b} &= ab \mathbf{n} \sin{\theta}\\ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} &= ab \cos{\theta},\end{align}}}
non \mathbf{n} bektore unitarioa, \mathbf{a} eta \mathbf{b} bektoreekiko normala den. Erlazioa beraz Pitagorasen teorema eta identitate trigonometrikoaren ondorioa da
{{Ekuazio|:\|\textbf{a}\times \textbf{b}\|^2+(\mathbf{a}\dot\mathbf{b})^2 = a^2b^2 \mathbf{n}^2 \sin^2{\theta}+a^2b^2  \cos^2{\theta}=a^2b^2=\|a\|^2\|b\|^2.}}

### Pitagorasen alderantzizko teorema 
Triangelu angeluzuzen batean, pitagorasen alderantzizko ekuazioak bi katetoak, a eta b, eta altuera d erlazionatzen ditu:
{{Ekuazio|:\frac{1}{a^2}+\frac{1}{b^2}=\frac{1}{d^2}.}}

### Gehiago 
* Eskailera baten neurria kalkulatzeko; eskuratu nahi den hormaren h altuera eta erpinetik (lurzoru-horma) eskaileraren oinera dagoen p distantziak ezagutzen dira.

:e^2=h^2+p^2

:e=\sqrt{h^2+p^2}

* Geometria analitiko lauan,  C(x_1,y_1)eta D(x_2,y_2)puntuen artean distantzia aurkitzeko.

:{CD}^2=(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2

* Geometrian, triangelu aldekide baten altuera aldearen menpe kalkulatzeko; ertza erabiliz tetraedro erregular baten altuera lortzeko. Zirkunskribatutako zirkunferentziaren erradioa ezagututa, inskribatutako triangelu aldekide eta hexagono erregular baten apotema aurkitzeko.
* Aljebran, zenbaki oso gaussiar bat lehena den aztertzeko. Adibidez, \alpha=1+4i, haren norma N(\alpha)=1^2+4^2=17  da.
* Arkeologoek Pitagorasen Teorema erabiltzen dute indusketetan. Indusketa bat hasten dutenean, sareta laukizuzen bat jartzen dute induskatu beharreko azaleraren gainean. Sareta zehatz bat izateko, oinarrizko lerroen luzera erabaki ondoren (eje-X eta eje-Y), diagonalaren luzera Pitagorasen Teorema erabiliz kalkulatzen da, koadrantea laukizuzena dela eta ez beste paralelogramo bat ziurtatzeko. Gainjarritako sareta  Koordenatu Kartesiarren sistema gisa erabiltzen dute.

## Orokortzeak 
### Kosinuaren teorema 
Pitagorasen teorema, edozein triangelutan aldeen luzerak erlazionatzen dituen teorema orokorragoaren kasu berezi bat da, kosinuaren teorema. Honakoa dio, a, b eta c aldeak dituen triangelu batean

non \theta, a eta b aldeen arteko angelua den. Alde hauek ortogonalak direnean, hau da \theta=\pi/2 eta ondorioz \cos\theta=0, kosinuaren teorema Pitagorasen teoremara murrizten da.

### Barne produktudun espazioak 
Pitagorasen teorema barne produktudun espazioetara orokortu daiteke, berean barne produktudun espazio ezagunenak Hilberten espazioak izanik, espazio euklidearren orokortzeak. Adibidez, funtzio bat barne produktudun espazio batean infinitu osagai dituen bektoretzat har daiteke, hau da, segidatzat.

Barne produktudun espazioetan aldagai perpendikularren ordez, aldagai ortogonalez hitz egiten dugu: bi bektore v eta w ortogonalak diogu, haien barne produktua \langle v,w\rangle zero baldin bada. Barne produktua bektoreen biderketa eskalarraren orokotzea da, hau izanik espazio Euklidearren barne produktu kanonikoa, baina beste batzuk ere defini ditzakegu.

Aldeen luzeraren ordez, barne produktudun espazioetan norma defini daiteke
{{Ekuazio|\|v\|:=\sqrt{\langle v,v\rangle}.}}

Barne produktudun espazioetan, **Pitagorasen teoremak** bi elementu ortogonalen v eta w, non \langle v,w\rangle=0 (katetoak liratekenak) baturaren v+w (hipotenusa) karratua, bektore bakoitzaren luzeraren karratuen gehiketa dela dio:

Gainera, Pitagorasen ekuazioa bi bektore ortogonal baino gehiagoren baturara heda daiteke. Hau da, v_1,\dots,v_n binakako bektore ortogonalak badira (i.e. \langle v_i,v_j\rangle=0 edozein i\not=j), Pitagorasen teoremak ondorengoa dio:
{{Ekuazio|\|\sum_{i=1}^n v_i\|^2=\sum_{i=1}^n\|v_i\|^2.}}

Bektore ez ortogonalentzat ere orokortu daiteke Pitagorasen teorema, norma batek paralelogramoaren legea betetzen diogu edozein bi bektorek ondorengo ekuazioa betetzen badute

Ohartu propietate hau bektore espazio normatuaren propietate bat dela. Hau da, paralelogramoaren legea ez dute bektore espazio normatu guztiek betetzen. Gainera, analisi funtzionaleko teorema ezaguna da espazio bektore normatu batek paralelogramoaren legea betetzen badu, norma barne produktu baten eratorria dela.

## left|24px Ariketak 

Fitxategi:Pitagoras teorema  azalpena ariketaren bidez.webm|**Pitagorasen teorema** azalpena ariketaren bidez.
Fitxategi:Pitagorasen Teorema  ariketa azalpenarekin.webm|**Pitagorasen teorema** ariketa azalpenaren bidez.

## Erreferentziak 
## Kanpo estekak