M at h UC1 Geometry An Invitation to Computational Mathematics Id ea 2017 al U se Winter rn Zuming Feng Phillips Exeter Academy and IDEA Math [email protected] In te c Copyright 2008 – 2017 Idea Math Lectures on Challenging Mathematics c 2008 – 2017 IDEA MATH. Copyright h M at In te rn al U se Id ea c Copyright 2008 – 2017 Idea Math “Cogito ergo Sum” – “I think, therefore I am” René Descartes (1596-1650) at h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . diagrams? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . se In te rn Id ea M 1 Geometry Knowledge 1.1 Pythagorean theorem (part 1) . . . . . 1.2 Trapezoids (part 1) . . . . . . . . . . . 1.3 Sentry theorem (part 1) . . . . . . . . 1.4 Pythagorean theorem (part 2) . . . . . 1.5 Trapezoids (part 2) . . . . . . . . . . . 1.6 Sentry theorem (part 2) . . . . . . . . 1.7 Triangle congruence . . . . . . . . . . 1.8 Geometric computations (part 1) . . . 1.9 Special elements in a triangle . . . . . 1.10 Geometric computations (part 2) . . . 1.11 Why is it important to sketch accurate 1.12 Geometric computations (part 3) . . . 1.13 Regular polygons . . . . . . . . . . . . 1.14 Triangle inequality . . . . . . . . . . . 1.15 Trapezoids (part 3) . . . . . . . . . . . 1.16 Trapezoids (part 4) . . . . . . . . . . . 1.17 Special quadrilaterals (part 1) . . . . . 1.18 Special quadrilaterals (part 2) . . . . . 1.19 Pythagorean theorem (part 3) . . . . . 1.20 A project on coordinate geometry . . . 1.21 Similarity of triangles . . . . . . . . . 1.22 Similarity in right triangles . . . . . . 1.23 Trapezoids (part 5) . . . . . . . . . . . 1.24 Trapezoids (part 6) . . . . . . . . . . . 1.25 Similarity of polygons . . . . . . . . . 1.26 A project on special angles . . . . . . 1.27 Special quadrilaterals (part 3) . . . . . 1.28 Special quadrilaterals (part 4) . . . . . 1.29 Trapezoids (part 7) . . . . . . . . . . . 1.30 Trapezoids (part 8) . . . . . . . . . . . al U c Copyright 2008 – 2017 Idea Math Contents iii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 3 Geometry Challenges 3.1 2-D and 3-D vision (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Selected simple geometric Diophantine equations from ARML 3.3 2-D and 3-D vision (part 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Selected entry level geometry problems from AIME . . . . . . 3.5 Revisiting triangle inequality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 45 46 47 48 49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h . . . . . . . . . . M at 1) . . 2) . . 3) . . 4) . . 5) . . In te rn al U se Id ea c Copyright 2008 – 2017 Idea Math 2 Geometry Practices 2.1 Practices in geometric computations (part 2.2 Revisiting regular polygons . . . . . . . . 2.3 Practices in geometric computations (part 2.4 Revisiting special quadrilaterals . . . . . . 2.5 Practices in geometric computations (part 2.6 Revisiting Pythagorean theorem . . . . . 2.7 Practices in geometric computations (part 2.8 A project on regular polygons . . . . . . . 2.9 Practices in geometric computations (part 2.10 Area of the polygons with fixed perimeter
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