Glossario – Geometria

 

Etimo secondo TPS

 

Il sostantivo, che deriva dal latino geometrĭa, traslato dal greco gheometría, geometria, è composto dall’unione di due elementi: 1. Ghé – in dialetto attico, Gaia in ionico – Gea, Terra; 2. metría, misurazione.

1. L’etimo di Ghé non è accertato, e qualche linguista avanza l’ipotesi di un’origine preindouropea. È peraltro possibile che la radice sia l’indoeuropea *GA-, che esprime l’idea del canto. Si vedano il sanscrito gai, cantare; il latino gaudeo, gioire. Secondo la cosmogonia ellenica, Gea apparve subito dopo Caos. Scrive Esiodo nella Teogonia: “… E nacque dunque il Càos per primo; e dopo, Gea dall’ampio seno, sede perenne, sicura di tutti gli Dei che hanno in possesso le cime nevose d’Olimpo…” (vv. 113-115).
2. La radice di metría è l’indoeuropea *MĀ-, che esprime l’idea della misura, e che secondo F. Rendich è così composta: “effetto dell’azione [ā] di dare un limite [m]”, “misurare”, “moderare”. Si vedano il sanscrito mā, il greco metreo, il latino metior, che tutti significano “misurare”.

La radice indoeuropea *MA-, che ha le varianti *ME-/*MAN-/*MED-/*MEL-, con finale nasale (n) o dentale (d/t) è basilare: esprime essenzialmente l’idea di misura, sia come limite sia come rapporto. Deriva da essa anche il termine “madre”, che è essenzialmente colei che mette in relazione attraverso la misura, la “misuratrice”, l’ordinatrice. (Franco Rendich, Dizionario etimologico comparato delle lingue classiche indoeuropee. Indoeuropeo-Sanscrito-Greco-Latino, Palombi Editori, 2010, pp. 294 -296).

Si riconosce questa radice in molte parole: meditazione, medicina, modello, imitazione, mente, Man, cioè “uomo” in tedesco e in inglese. Colpisce osservare che Man significa “rapporto”: è dunque proprio questa funzione che designa l’uomo, la IV Gerarchia, l’Agente che pone in relazione Cielo e Terra.

 

Geometria indica la struttura dei rapporti spaziali

 

Nel Lambdoma Ordine la definizione è: La Geometria è la struttura dello Spazio (7.4)

---

Treccani

 

geometrìa s. f. [dal lat. geometrĭa, gr. γεωμετρία, comp. di γῆ «terra» (v. geo-) e -μετρία «misurazione» (v. -metria)]. –

1. In senso ampio e generico, lo studio dello spazio e delle figure spaziali, originariamente sviluppatosi in forma empirica come insieme di regole pratiche per la misurazione di superfici e la costruzione di figure semplici in rapporto a problemi di agrimensura (probabilmente nella zona del delta del Nilo), e successivamente trasformatosi in scienza razionale come ramo della matematica ad opera degli antichi Greci, e in partic. di Euclide, in forma di sistema deduttivo basato su un insieme di assiomi. Per estens., nella matematica moderna, lo studio delle proprietà di invarianza degli elementi di uno spazio astratto rispetto a determinati gruppi di trasformazioni. Più specificamente, g. elementare, parte della geometria che studia le proprietà fondamentali delle figure del piano e dello spazio secondo metodi derivati dai postulati di Euclide, e per questo detta anche g. euclidea; g. analitica, metodo che permette di tradurre sistematicamente problemi e questioni geometriche in problemi e questioni algebriche o analitiche, o viceversa, in modo da poter risolvere problemi geometrici con i mezzi dell’analisi, ovvero problemi analitici con i mezzi della geometria; g. descrittiva, parte della geometria che ha per scopo la rappresentazione delle figure spaziali mediante figure di un certo piano (detto quadro), ottenute generalmente per mezzo di una proiezione, in modo che dall’immagine della figura si possa ricostruire la figura spaziale; g. differenziale, lo studio, basato essenzialmente sul calcolo differenziale, delle proprietà degli intorni di un punto, le quali rimangono invariate di fronte ai movimenti (g. differenziale metrica) e alle omografie (g. differenziale proiettiva); g. proiettiva, l’insieme delle proprietà delle figure degli spazî proiettivi che sono invarianti rispetto alle proiettività, cioè alle trasformazioni direttamente legate alle operazioni di proiezione e sezione. Con riferimento a possibili e particolari applicazioni: g. della carta, complesso di procedimenti per risolvere svariati problemi grafici di geometria piana mediante ripetuti piegamenti di un foglio di carta; g. del compasso, lo studio dei problemi e delle costruzioni che si possono risolvere mediante l’uso del solo compasso. Il termine, seguito da aggettivi tratti da un nome proprio (come g. euclidea, g. riemanniana, ecc.), indica impostazioni date alla geometria, o ai suoi particolari problemi, dagli studiosi di quel nome; con espressioni del tipo g. non archimedea, g. non pitagorica, g. non pascaliana, ecc. s’intende invece significare che in tali elaborazioni non valgono particolari teoremi o principî (per es., rispettivamente, il postulato di continuità secondo Archimede, il teorema di Pitagora, ecc.). In partic., g. non euclidee, quelle costruite a partire dalla negazione del 5° postulato di Euclide, o postulato delle parallele, secondo il quale per un punto esterno a una retta passa una e una sola parallela alla retta data.

2.a. Nel linguaggio scient., il termine è talora usato per qualificare discipline, o parti di discipline, nelle quali giochino un ruolo fondamentale grandezze o considerazioni geometriche: g. delle navi, la parte dell’architettura navale che studia le caratteristiche geometriche delle carene; g. del movimento, la parte della meccanica che si occupa delle caratteristiche geometriche delle traiettorie di corpi in moto (sinon. quindi, in passato, di cinematica); g. delle masse, il complesso delle teorie, introduttive alla meccanica, relative a grandezze definite da masse e da distanze (baricentri, momenti d’inerzia, ecc.).

2.b. Nel linguaggio tecn., il termine serve invece a indicare la disposizione spaziale di determinati elementi di un apparecchio o di un impianto: per es., nella tecnica nucleare, g. di un reattore nucleare, la forma e la disposizione relativa degli elementi di combustibile, del moderatore, del riflettore (buona g., o cattiva g., in rapporto alla maggiore o minore reattività); in radiotecnica, g. di un radiocollegamento, la posizione relativa degli assi dei lobi principali di radiazione delle antenne e delle zone in cui avvengono fenomeni di riflessione, rifrazione o diffusione delle radioonde. Con accezione più generica, ali a g. variabile, ali, di cui sono dotati alcuni aeromobili moderni, adattabili, mediante una diversa apertura, sia alle basse sia alle alte velocità.

3. fig. Linearità, proporzione, regolarità, simmetria di forma o di struttura di cose, oggetti e sim., o anche la struttura stessa: i campi divisi ed arati secondo perfette g. (Soldati); g. di concetti, di ragionamenti. Tale uso deriva da alcuni valori che il termine ha nel linguaggio tecnico e, spec., dall’influsso di usi proprî dell’agg. geometrico.

Leggi la definizione direttamente sul dizionario

---

Wikipedia

 

La geometria (dal latino: geometrĭa e questo dal greco antico: γεωμετρία, composto dal prefisso geo che rimanda alla parola γή = “terra” e μετρία, metria = “misura”, tradotto quindi letteralmente come misurazione della terra) è quella parte della scienza matematica che si occupa delle forme nel piano e nello spazio e delle loro mutue relazioni.

 

Storia

 

La nascita della Geometria si fa risalire all’epoca degli antichi egizi. Erodoto racconta che a causa dei fenomeni di erosione e di deposito dovuti alle piene del Nilo, l’estensione delle proprietà terriere egiziane variavano ogni anno e dovevano quindi essere ricalcolate a fini fiscali. Nacque così il bisogno di inventare tecniche di misura della terra (geometria nel significato originario del termine).

Lo sviluppo della Geometria pratica è molto antico, per le numerose applicazioni che consente e per le quali è stata sviluppata, e in epoche remote fu a volte riservata a una categoria di sapienti con attribuzioni sacerdotali. Presso l’Antica Grecia, soprattutto per via dell’influenza del filosofo ateniese Platone e, ancor prima di lui, di Anassimandro di Mileto[senza fonte], si diffuse massicciamente l’uso della riga e del compasso (sebbene pare che questi strumenti fossero già stati inventati altrove) e, soprattutto, nacque l’idea nuova di usare tecniche dimostrative. La geometria greca servì da base per lo sviluppo della geografia, dell’astronomia, dell’ottica, della meccanica e di altre scienze, nonché di varie tecniche, come quelle per la navigazione.

Nella civiltà greca, oltre alla geometria euclidea che si studia ancora a scuola, e alla teoria delle coniche, nacquero anche la geometria sferica e la trigonometria (piana e sferica).

 

Geometria euclidea

 

La geometria coincide fino all’inizio del XIX secolo con la geometria euclidea. Questa definisce come concetti primitivi il punto, la retta e il piano, e assume la veridicità di alcuni assiomi, gli assiomi di Euclide. Da questi assiomi vengono quindi dedotti dei teoremi anche complessi, come il teorema di Pitagora ed i teoremi della geometria proiettiva.

La scelta dei concetti primitivi e degli assiomi è motivata dal desiderio di rappresentare la realtà, e in particolare gli oggetti nello spazio tridimensionale in cui viviamo. Concetti primitivi come la retta ed il piano vengono descritti informalmente come “fili e fogli di carta senza spessore”, e d’altro canto molti oggetti della vita reale vengono idealizzati tramite enti geometrici come il triangolo o la piramide. In questo modo, i teoremi forniscono fin dall’antichità degli strumenti utili per le discipline che riguardano lo spazio in cui viviamo: meccanica, architettura, geografia, navigazione, astronomia.

 

Geometria piana

 

La geometria piana si occupa delle figure geometriche nel piano. A partire dal concetto primitivo di retta, vengono costruiti i segmenti, e quindi i poligoni come il triangolo, il quadrato, il pentagono, l’esagono, ecc.

Le quantità numeriche importanti nella geometria piana sono la lunghezza, l’angolo e l’area. Ogni segmento ha una lunghezza, e due segmenti che si incontrano in un estremo formano un angolo. Ogni poligono ha un’area. Molti teoremi della geometria piana mettono in relazione le lunghezze, angoli e aree presenti in alcune figure geometriche. Ad esempio, la somma degli angoli interni di un triangolo risulta essere un angolo piatto, e l’area di un rettangolo si esprime come prodotto delle lunghezze dei segmenti di base e altezza. La trigonometria studia le relazioni fra gli angoli e le lunghezze.

 

Geometria solida

 

La geometria solida (o stereometria) studia le costruzioni geometriche nello spazio. Con segmenti e poligoni si costruiscono i poliedri, come il tetraedro, il cubo e la piramide.

I poliedri hanno vertici, spigoli e facce. Ogni spigolo ha una lunghezza, ed ogni faccia ha un’area. In più, il poliedro ha un volume. Si parla inoltre di angoli diedrali per esprimere l’angolo formato da due facce adiacenti in uno spigolo. Molti teoremi mettono in relazione queste quantità: ad esempio il volume della piramide può essere espresso tramite l’area della figura di base e la lunghezza dell’altezza.

 

Figure curve

 

La geometria euclidea considera anche alcune figure curve. Le figure “base” sono la circonferenza nel piano e la sfera nello spazio, definite come luogo dei punti equidistanti da un punto fissato. Partendo da queste figure, ne vengono definite altre come il cono. A queste figure vengono associate grandezze analoghe ai poliedri: si parla quindi di lunghezza della circonferenza, di area del cerchio e di volume della sfera.

L’intersezione nello spazio di un cono con un piano forma una nuova figura curvilinea: a seconda dell’inclinazione del piano, questa è una ellisse, una parabola, un’iperbole o una circonferenza. Queste sezioni coniche sono le curve più semplici realizzabili nel piano. Ruotando una figura intorno ad una retta, si ottengono altre figure curve. Ad esempio, ruotando un’ellisse o una parabola si ottengono l’ellissoide ed il paraboloide. Anche in questo caso, il volume dell’oggetto può essere messo in relazione con altre quantità. La geometria euclidea non fornisce però sufficienti strumenti per dare una corretta definizione di lunghezza e area per molte figure curve.

 

Geometria cartesiana

La geometria cartesiana (o analitica) ingloba le figure ed i teoremi della geometria euclidea, introducendone di nuovi grazie a due altre importanti discipline della matematica: l’algebra e l’analisi. Lo spazio (ed il piano) sono rappresentati con delle coordinate cartesiane. In questo modo ogni figura geometrica è descrivibile tramite una o più equazioni (o disequazioni).

Rette e piani sono oggetti risultanti da equazioni di primo grado, mentre le coniche sono definite tramite equazioni di secondo grado. Equazioni polinomiali di grado superiore definiscono nuovi oggetti curvi. Il calcolo infinitesimale permette di estendere con precisione i concetti di lunghezza e area a queste nuove figure. L’integrale è un utile strumento analitico per determinare queste quantità. Si parla in generale quindi di curve e superfici nel piano e nello spazio.

 

Spazi vettoriali

 

Retta (passante per l’origine), piano (contenente l’origine) e spazio sono esempi di spazi vettoriali di dimensione rispettivamente 1, 2 e 3: infatti ogni punto è esprimile rispettivamente con 1, 2 o 3 coordinate. La geometria cartesiana è facilmente estendibile alle dimensioni superiori: in questo modo si definiscono spazi di dimensione 4 e oltre, come insiemi di punti aventi 4 o più coordinate.

Grazie all’algebra lineare, lo studio delle rette e dei piani nello spazio può essere esteso allo studio dei sottospazi di uno spazio vettoriale, di dimensione arbitraria. Lo studio di questi oggetti è strettamente collegato a quello dei sistemi lineari e delle loro soluzioni. In dimensione più alta, alcuni risultati possono contrastare con l’intuizione geometrica tridimensionale a cui siamo abituati. Ad esempio, in uno spazio di dimensione 4, due piani possono intersecarsi in un punto solo.

 

Geometria affine

 

In uno spazio vettoriale l’origine (cioè il punto da cui partono gli assi, di coordinate tutte nulle) gioca un ruolo fondamentale: per poter usare in modo efficace l’algebra lineare, si considerano infatti solo sottospazi passanti per l’origine. In questo modo si ottengono delle relazioni eleganti fra i sottospazi, come la formula di Grassmann.

Nella geometria affine il ruolo predominante dell’origine è abbandonato. I sottospazi non sono vincolati, e possono quindi essere paralleli: questo crea una quantità considerevole di casistiche in più. In particolare, la formula di Grassmann non è più valida. Lo spazio affine è considerato (fino alla scoperta della relatività ristretta) come lo strumento migliore per creare modelli dell’universo, con 3 dimensioni spaziali ed eventualmente 1 dimensione temporale, senza “origini” o punti privilegiati.

 

Geometria algebrica

 

Dal XIX secolo in poi l’algebra diventa uno strumento preponderante per lo studio della geometria. Nel tentativo di “abbellire” il quadro, e di ricondurre molte proprietà e teoremi ad un numero sempre minore di proprietà fondamentali, la geometria analitica viene progressivamente inglobata in un concetto più ampio di geometria: si aggiungono i “punti all’infinito” (creando così la geometria proiettiva), e si fanno variare le coordinate di un punto non solo nei numeri reali, ma anche in quelli complessi.

 

Geometria proiettiva

 

La geometria proiettiva nasce come strumento legato al disegno in prospettiva, e viene formalizzata nel XIX secolo come un arricchimento della geometria cartesiana. La geometria proiettiva include i “punti all’infinito” ed elimina quindi alcune casistiche considerate fastidiose, come la presenza di rette parallele.

In questa geometria molte situazioni si semplificano: due piani distinti si intersecano sempre in una retta, e oggetti differenti della geometria analitica (come le coniche ellisse, parabola e iperbole) risultano essere equivalenti in questo nuovo contesto. La geometria proiettiva è anche un esempio di compattificazione: similmente a quanto accade con la proiezione stereografica, aggiungendo i punti all’infinito lo spazio diventa compatto, cioè “limitato”, “finito”.

 

Varietà algebriche

 

La geometria algebrica verte essenzialmente sullo studio dei polinomi e delle loro radici: gli oggetti che tratta, chiamati varietà algebriche, sono gli insiemi dello spazio proiettivo, affine o euclideo definiti come luoghi di zeri di polinomi.

Nel XX secolo il concetto di varietà algebrica assume un’importanza sempre maggiore. Rette, piani, coniche, ellissoidi, sono tutti esempi di varietà algebriche. Lo studio di questi oggetti raggiunge risultati impressionanti quando le coordinate dello spazio vengono fatte variare nel campo dei numeri complessi: in questo caso, grazie al teorema fondamentale dell’algebra, un polinomio ha sempre delle radici.

Questo fatto algebrico di grande importanza (esprimibile dicendo che i numeri complessi formano un campo algebricamente chiuso) ha come conseguenza la validità di alcuni teoremi potenti di carattere molto generale. Ad esempio, il teorema di Bézout asserisce che due curve di grado d e {\displaystyle d’} nel piano che non hanno componenti in comune si intersecano sempre in {\displaystyle dd’} punti, contanti con un’opportuna molteplicità. Questo risultato necessita che il “piano” sia proiettivo e complesso. In particolare, è certamente falso nell’ambito classico della geometria analitica: due circonferenze non devono intersecarsi necessariamente in 4 punti, possono anche essere disgiunte.

Lo studio della geometria nello spazio proiettivo complesso aiuta anche a capire la geometria analitica classica. Le curve nel piano cartesiano reale possono ad esempio essere viste come “sezioni” di oggetti più grandi, contenuti nel piano proiettivo complesso, ed i teoremi generali validi in questo “mondo più vasto e perfetto” si riflettono nel piano cartesiano, pur in modo meno elegante. Come lo studio della geometria affine fa largo uso dell’algebra lineare, quello delle varietà algebriche attinge a piene mani dall’algebra commutativa.

 

Geometria differenziale

 

La geometria differenziale è lo studio di oggetti geometrici tramite l’analisi. Gli oggetti geometrici non sono necessariamente definiti da polinomi (come nella geometria algebrica), ma sono ad esempio curve e superfici, cioè oggetti che, visti localmente con una lente di ingrandimento, sembrano quasi rettilinei o piatti. Oggetti cioè “senza spessore”, e magari un po’ curvi. Come la superficie terrestre, che all’uomo sembra piatta, benché non lo sia.

Questo concetto di “spazio curvo” è espresso tramite la nozione di varietà differenziabile. La sua definizione non necessita neppure di “vivere” in uno spazio ambiente, ed è quindi usata ad esempio nella relatività generale per descrivere intrinsecamente la forma dell’universo. Una varietà può essere dotata di una proprietà fondamentale, la curvatura, che viene misurata tramite oggetti matematici molto complessi, come il tensore di Riemann. Nel caso in cui lo spazio sia una curva o una superficie, questi oggetti matematici risultano più semplici: si parla ad esempio di curvatura gaussiana per le superfici.

Su una varietà dotata di curvatura, detta varietà riemanniana, sono definite una distanza fra punti, e le geodetiche: queste sono curve che modellizzano i percorsi localmente più brevi, come le rette nel piano, o i meridiani sulla superficie terrestre.

 

Geometrie non euclidee

 

Con la geometria differenziale è possibile costruire un “piano” in cui valgono tutti i postulati di Euclide, tranne il quinto, quello delle parallele. Questo postulato ha avuto un’importanza storica fondamentale, perché ci sono voluti 2000 anni per dimostrare la sua effettiva indipendenza dai precedenti. Asserisce che, fissati una retta r ed un punto P non contenuto in r , esiste un’unica retta s parallela a r e passante per P.

Una geometria non euclidea è una geometria in cui valgono tutti gli assiomi di Euclide, tranne quello delle parallele. La sfera, con le geodetiche che giocano il ruolo delle rette, fornisce un esempio semplice di geometria non euclidea: due geodetiche si intersecano sempre in due punti antipodali, e quindi non ci sono rette parallele. Un tale esempio di geometria è detta ellittica. Esistono anche esempi opposti, in cui ci sono “così tante” rette parallele, che le rette s parallele a r e passanti per P sono infinite (e non una). Questo tipo di geometria è detta iperbolica, ed è più difficile da descrivere concretamente.

 

Topologia

 

La topologia è infine lo studio delle forme, e di tutte quelle proprietà degli enti geometrici che non cambiano quando questi vengono deformati in modo continuo, senza strappi. La topologia studia tutti gli oggetti geometrici (definiti in modo algebrico, differenziale, o quant’altro) guardando solo la loro forma. Distingue ad esempio la sfera dal toro, perché quest’ultimo ha “un buco in mezzo”. Studia le proprietà di connessione (spazi “fatti di un pezzo solo”) e di compattezza (spazi “limitati”), e le funzioni continue fra questi.

Le forme degli oggetti vengono codificate tramite oggetti algebrici, come il gruppo fondamentale: un gruppo che codifica in modo raffinato la presenza di “buchi” in uno spazio topologico.

 

Geometria e geometrie

 

Nel 1872 Felix Klein elaborò un programma di ricerca, l’Erlanger Programm, in grado di produrre una grande sintesi delle conoscenze geometriche e integrarle con altri settori della matematica, quali la teoria dei gruppi.

Nella prospettiva di Klein una geometria consiste nello studio di proprietà di uno spazio che sono invarianti rispetto ad un gruppo di trasformazioni (geometria delle trasformazioni):

La geometria euclidea si occupa di proprietà che sono invarianti rispetto a isometrie, cioè trasformazioni che preservano lunghezze e angoli.
La geometria affine si occupa di proprietà che sono invarianti per trasformazioni affini. In ambito di geometria affine non ha più senso il concetto di “angolo” o di “lunghezza” e tutti i triangoli sono “equivalenti”.
La geometria proiettiva studia le proprietà che sono invarianti per trasformazioni proiettive, cioè trasformazioni che possono essere ottenute mediante proiezioni. In ambito proiettivo tutte le coniche sono equivalenti potendo essere trasformata l’una nell’altra da una proiezione.
La topologia studia proprietà che sono invarianti per deformazioni continue. Dal punto di vista topologico una tazza ed una ciambella diventano equivalenti potendo essere deformate l’una nell’altra ma rimangono distinte da una sfera che non può essere “bucata” senza una trasformazione discontinua.

 

Applicazioni

 

La geometria analitica e l’algebra lineare forniscono importanti collegamenti tra l’intuizione geometrica e il calcolo algebrico che sono diventati ormai una parte costitutiva di tutta la matematica moderna e delle sue applicazioni in tutte le scienze. La geometria differenziale ha trovato importanti applicazioni nella costruzione di modelli per la fisica e per la cosmologia. La geometria piana e dello spazio fornisce inoltre degli strumenti per modellizzare, progettare e costruire oggetti reali nello spazio tridimensionale: è quindi di fondamentale importanza in architettura e in ingegneria come anche nel disegno e nella computer grafica.

 

Geometria descrittiva

 

La geometria descrittiva è una disciplina che permette, attraverso determinate costruzioni grafiche, di rappresentare oggetti tridimensionali già esistenti (rilievo) e/o da costruire (progettazione). L’applicazione informatizzata della geometria descrittiva permette oggi la creazione di superfici e solidi, anche ad alta complessità tridimensionale. Inoltre, e soprattutto, ne permette il controllo in modo inequivocabile di ogni loro forma e dimensione. I maggiori campi d’impiego della geometria descrittiva sono quelli dell’architettura, dell’ingegneria e quelli del design industriale.

Leggi la definizione direttamente su Wikipedia