比、比例、相似與畢氏定理

間接測量(indirect measurement)

間接測量是:當你無法用尺直接搆到某個長度時,改去量你搆得到的東西,再用比例把兩者連起來。你沒辦法把捲尺貼著樹幹爬上去、橫越峽谷、或拉到月球——但你可以建立相似三角形,量出它們可及的部分,剩下的交給比例。這是把幾何當成測量儀器來用。

經典方法用影子或視線造出兩個相似三角形,再解一個比例。要量一棵樹的高,把一根公尺尺直立著,同一刻量出它的影子與樹的影子;陽光使「尺與影」的三角形相似於「樹與影」的三角形,所以(尺高)/(尺影)=(樹高)/(樹影)。地上放一面鏡子也是同樣的道理:讓你的眼睛、鏡中的樹頂連成一線,反射就造出兩個相似三角形。每一種這樣的方法歸結為:建相似三角形,量你搆得到的部分,列比例,求解。

這正是測量員、航海家與天文學家數千年來測量「不可測之物」的方法——傳說中泰利斯量金字塔高度、以及埃拉托斯特尼估計地球周長,都是早期的勝利。誠實的提醒是:答案的好壞取決於你的量測與你對相似性的假設:尺必須垂直、地面必須水平、讀數必須在同一瞬間取得,否則你所信賴的比例會悄悄把你引入歧途。

一根 1.5 公尺的尺投下 2 公尺的影子,同時一棟建築投下 30 公尺的影子。相似三角形給出 1.5/2 = h/30,所以建築高度 h = 22.5 公尺——完全不用離開地面就量出來了。

同一刻的影子造出相似三角形;一個比例就給出無法觸及的高度。

這個方法只有在三角形真的相似時才有效。影子必須在同一時間量(這樣太陽的角度才一致),物體必須垂直,地面必須平坦——任一條件被破壞,比例就會悄悄給出錯誤的長度。

又称
measurement by similar triangles間接量測