Arbelos

En **arbelos** er i geometri en plan figur avgrenset av tre halvsirkler.  Diameteren til alle halvsirklene ligger på en og samme linje, kalt grunnlinjen, 
og hver halvsirkel deler et hjørne med en av de andre halvsirklene.

Navnet «arbelos» kommer fra gresk og betyr «skomakerkniv».  Kniven hadde en fasong som lignet på arbelosen.  

Den greske matematikeren Arkimedes introduserte figuren i *[[Lemma-boken]]* og studerte egenskaper i Påstand 4 - Påstand 8.   Denne boken har ikke overlevd på originalspråket, men ble oversatt fra arabisk til latin, med tittel *Liber assumptorum*.

## Egenskaper

De to minste halvsirklene inngår konkavt i figuren og har vilkårlige diametre a og b. Den største halvsirkelen er konveks, med diameter a + b.  Arbelosen har en rekke «elegante» geometriske egenskaper.

### Buelengde

Den største halvsirkelen har en lengde som er lik summen av lengdene til de to minste sirklene.  Den totale buelengden til arbelosen er

:L =  2 \pi (a + b) 

### Areal

Arealet S til arbelosen er gitt ved å ta arealet av den store halvsirkelen og trekke fra arealet av de to små.  Dette gir

:S = \frac{1}{8} \left( \pi (a + b)^2 - \pi a^2 - \pi b^2 \right) = \frac{1}{4}\pi ab 

La *B* være det felles punktet for de to minste halvsirklene.  Punktet *D* ligger på den største sirkelbuen og *BD* er normal til grunnlinjen. Da er arealet av arbelosen lik 
arealet av en sirkel med diameter *BD*.  Dette ble vist av Arkimedes i Påstand 4.  Ved å sette x = AD, y = CD og h = BD kan en finne diameteren
i sirkelen h fra de tre ligningene

:
\begin{alignat}{2}
a^2 + h^2 &= x^2 \\
b^2 + h^2 &= y^2 \\
x^2 + y^2 &= (a + b)^2 
\end{alignat}


Ligningene framkommer ved gjentatt bruk av Pythagoras’ læresetning.  Kombinasjon av ligningene gir

:
\begin{alignat}{2}
h &= \sqrt{ab} \\
x &= \sqrt{a(a+b)} \\
y &= \sqrt{b(a+b)}
\end{alignat}


Fra dette følger det at S = \frac{1}{4}\pi h^2.

Sirkelen gjennom *BD* har sentrum i *F* og går også gjennom to punkt *E* og *G*, og alle disse tre punktene ligger på den felles tangenten til de to minste halvsirklene som definerer arbelosen.  Sirkelsentrum *F* deler selvsagt begge linjestykkene *BD* og *EG* i to like deler. 

### Arkimedes' sirkler
Normalen *BD* deler arbelosen i to deler, hver del begrenset av den største sirkelbuen, normalen *BD* og en liten sirkelbue.  De to sirklene som er innskrevet i disse områdene kalles *Arkimedes' (tvilling)sirkler*.  Arkimedes viste i Påstand 5 at de to sirklene er like store.  Diameteren i tvillingssirklene er

:d = \frac{ab}{a+b}

Et nyere bevis for dette resultatet er funnet av Karen Sofie Ronæss, vesentlig enklere enn Arkimedes' bevis.

Den minste sirkelen som kan omskrives de to Arkimedes-sirklene, har samme areal som arbelosen.

### Pappos-kjede

Arbelosen har en innskrevet sirkel som tangerer alle de tre halvsirklene.  Med denne som utgangspunkt kan en lage to følger av tangentsirkler, der hver sirkel i følgen tangerer den største halvsirkelen, en av de mindre halvsirklene samt den foregående sirkelen i følgen.  Avhengig av om en velger den minste eller nest-minste halvsirkelen vil en få to ulike sirkelfølger.  En slik følge av tangentsirkler kalles en Pappos-kjede av sirkler. Pappos fra Alexandria studerte egenskaper til disse sirklene.  La sirkelen som tangerer alle tre halvsirklene være sirkel nummer 1.  Hvis diameteren i sirkel nummer n betegnes d_n, og normalen fra sentrum i denne sirkelen ned på grunnlinjen har lengde p_n, så viste Pappos at

:p_n = n d_n 

Ifølge Pappos var dette et gammelt resultat.

## Referanser





## Litteratur

*
*
*

## Eksterne lenker

* mathworld.wolfram.com  Eric Weisstein: *Arbelos*.  Besøkt 28. desember 2019.
* cut-the-knot.org *Arbelos - the Shoemaker's Knife*.  Besøkt 10. mars 2021