ទ្រឹស្តីបទពីក

ពហុកោណ​ដែល​ត្រូវ​បាន​សង់​នៅ​លើ​ក្រលា​ជា​ចំនុចៗ

ទ្រឹស្តីបទពីក (Pick's theorem) ជាទ្រឹស្តីបទកំនត់រូបមន្តសំរាប់រកក្រលាផ្ទៃនៃ​ពហុកោណ​ដែល​សង់​នៅលើផ្ទៃ​ជាក្រលានៃ​ចំនុច​ដែល​មានចំងាយស្មើៗគ្នា (មានន័យ​ថាជា​ចំនុច​ដែល​មាន​កូអរដោនេ​ជាចំនួនពិត) ហើយ​កំពូល​ទាំងអស់​នៃពហុកោណគឺចំនុចនៃក្រលានោះ។ ទ្រឹស្តីបទនេះផ្តល់នូវរូបមន្តសំរាប់គណនាក្រលាផ្ទៃ $\ S$ នៃ​ពហុកោណ​ជា​អនុគមន៍នៃ $\ i$ ចំនួនចំនុចនៅផ្នែកខាងក្នុងនៃពហុកោណ និង $\ b$ ចំនួនចំនុចតាមបណ្តោយបរិមាត្រពហុកោណ (ចំនុចនៅលើជ្រុងនិងកំពូលជុំវិញពហុកោណ) ៖

$\color {magenta}S=i+{\frac {b}{2}}-1$

ដូចបង្ហាញក្នុងរូបខាងស្តាំ យើងមានចំនួនចំនុចនៅផ្នែកខាងក្នុងពហុកោណ $\ i=39$ និង ចំនួនចំនុចនៅលើបរិមាត្រពហុកោណ $\ b=14$

ដូចនេះក្រលាផ្ទៃពហុកោណគឺ

$S=39+{\frac {14}{2}}-1=39+7-1=45$

សំគាល់៖ ទ្រឹស្តីបទផ្ទៀងផ្ទាត់តែក្នុងករណីពហុកោណធម្មតាប៉ុណ្ណោះ មាន​ន័យថា​ជាពហុកោណ​ដែល​មាន​តែមួយ​ផ្នែក​មិន​មាន​ប្រហោង​នៅផ្នែក​ខាងក្នុង។

ទ្រឹស្តីបទនេះត្រូវបានស្រាយបញ្ជាក់ដំបូងដោយ ចច អាឡិចសាន់ដឺ ពីក (Georg Alexander Pick) ក្នុងឆ្នាំ១៨៩៩ ហើយត្រូវបាន​ពន្លាត​បាន​លក្ខណៈ​ទូទៅ​ចំពោះ​ប្រព័ន្ធគោល​បី​និងខ្ពស់ជាង តាមរយៈពហុធា Ehrhart ។ រូបមន្តនេះក៏ជារូបមន្តទូទៅសំរាប់គណនាក្រលាផ្ទៃនៃពហុត័ល (polyhedra) ផងដែរ។

សំរាយបញ្ជាក់

គេមានពហុកោណ P និង ត្រីកោណ T ដែលមានគែមមួយនៅក្នុង P ។ សន្មតទ្រឹស្តីបទពីកពិតចំពោះ P យើងចង់បង្ហាញថាវាពិតចំពោះពហុកោណ PT ផងដែរដោយបន្ថែម T ទៅក្នុង P ។ ដោយ P និង T មានគែមមួយចែករំលែកគ្នា និងគ្រប់ចំនុចស្ថិតនៅ​តាមបណ្តោយគែម​ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលគ្នា​ទៅជាចំនុចនៅផ្នែកខាងក្នុង លើកលែងតែចំពោះចំនុចនៅចុងសងខាងនៃគែម ដែលត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងចំនុចទាល់ (ចំនុចនៅតាមបណ្តោយបរិមាត្រ)។ ដូចនេះតាង c ចំនួនចំនុចទាល់ យើងបាន

$\ i_{PT}=(i_{P}+i_{T})+(c-2)$ និង

$\ b_{PT}=(b_{P}+b_{T})-2(c-2)-2$

តាមសមីការទាំងពីរខាងលើ យើងបាន

$\ (i_{P}+i_{T})=i_{PT}-(c-2)$ និង

$\ (b_{P}+b_{T})=b_{PT}+2(c-2)+2$

ដោយសារយើងសន្មតថាទ្រឹស្តីបទនេះពិតចំពោះពហុកោណ P និងចំពោះត្រីកោណ T ផ្សេងៗគ្នា យើងបាន

${\begin{aligned}S_{PT}&=S_{P}+S_{T}\\&=(i_{P}+{\frac {b_{P}}{2}}-1)+(i_{T}+{\frac {b_{T}}{2}}-1)\\&=(i_{P}+i_{T})+{\frac {(b_{P}+b_{T})}{2}}-2\\&=i_{PT}-(c-2)+{\frac {(b_{PT}+2(c-2)+2)}{2}}-2\\&=i_{PT}+{\frac {b_{PT}}{2}}-1\end{aligned}}$

ហេតុនេះប្រសិនទ្រឹស្តីបទនេះពិតចំពោះពហុកោណដែលត្រូវបានសង់ពី n ត្រីកោណ នោះទ្រឹស្តីបទនេះក៏ពិតចំពោះពហុកោណដែលត្រូវបានសង់ពី (n+1) ត្រីកោណដែរ។ ដើម្បីបញ្ចប់ការសំរាយបញ្ជាក់នេះដោយប្រើវិចារកំនើនគណិតវិទ្យា ត្រូវបង្ហាញថាទ្រឹស្តីបទនេះពិតចំពោះត្រីកោណ។ មានបីជំហានសំរាប់បញ្ជាក់អំនះអំនាងនេះ៖

• ផ្ទៀងផ្ទាត់ដោយផ្ទាល់ថា​រូបមន្តនេះ​ពិតចំពោះគ្រប់ចតុកោណកែងដែលមានជ្រុងស្របនឹងអ័ក្ស
• ផ្ទៀងផ្ទាត់ដោយចេញពីករណីត្រីកោណកែងដែលគេទទួលបានដោយកាត់ចតុកោណកែងតាមបណ្តោយអង្កត់ទ្រូង
• ឥឡូវ ចំពោះគ្រប់ត្រីកោណអាចប្តូរជាចតុកោណកែងដោយភ្ជាប់ (យ៉ាងណាស់បី) ត្រីកោណកែង

ដោយរូបមន្តនេះពិតចំពោះត្រីកោណកែង និង ចំពោះចតុកោណកែង វាក៏ពិតចំពោះត្រីកោណដើមផងដែរ។

ជំហានចុងក្រោយប្រើការពិតដែលថា ប្រសិនទ្រឹស្តីបទពិតចំពោះពហុកោណ PT និង ចំពោះត្រីកោណ T នោះវាក៏ពិតចំពោះ P ដែល។ វាអាច​ត្រូវ​បាន​គេមើលឃើញ​ដោយ​ការគណនា​ដូចគ្នា​ចំពោះពហុកោណ​ដែលបានបង្ហាញខាងលើ។