X 권
명제
제곱근 평균을 뺀 두 번째 선분을 변으로 하는 정사각형 넓이와 같고 한 변이 유리수인 직사각형을 작도하자. 그러면 나머지 한 변은 세 번째 뺀 선분이다.
제곱근 평균을 뺀 두 번째 선분 \(\rm AB\)와 길이가 유리수인 선분 \(\rm CD\)가 있다. 넓이가 \({\overline{\rm AB}}^2\)와 같고 한 변이 \(\rm CD\)인 직사각형 \(\rm CDEF\)를 작도하자. 그러면 나머지 한 변 \(\rm CF\)는 세 번째 뺀 선분이다.
제곱근 평균을 뺀 두 번째 선분 \(\rm AB\)와 길이가 유리수인 선분 \(\rm CD\)가 있다. 넓이가 \({\overline{\rm AB}}^2\)와 같고 한 변이 \(\rm CD\)인 직사각형 \(\rm CDEF\)를 작도하자. 그러면 나머지 한 변 \(\rm CF\)는 세 번째 뺀 선분임을 보이자.
선분 \(\rm AB\)에 한 직선이 되게 선분 \(\rm BG\)를 붙이자. 그러면 \(\overline{\rm AG}\), \(\overline{\rm GB}\)는 제곱근 평균이며 단 \({\overline{\rm AG}}^2\), \({\overline{\rm GB}}^2\)만 같은 단위로 측정할 수 있으며 \(\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)는 제곱근 평균이다. [X권 명제 75]
(직사각형 \(\rm CDHK\) 넓이)\(={\overline{\rm AG}}^2\)이고 한 변이 \(\rm CD\)인 직사각형 \(\rm CDHK\)를 작도하자. 그러면 나머지 한 변은 \(\rm CK\)이다. 그리고 (직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)\(={\overline{\rm GB}}^2\)인 직사각형 \(\rm KHLM\)를 작도하자. 그러면 나머지 한 변은 \(\rm KM\)이다.
그러면 (직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)\(={\overline{\rm AG}}^2+{\overline{\rm GB}}^2\)이며, (직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)은 제곱근 평균이다. [X권 명제 15, 명제 23 따름명제] 직사각형 \(\rm CDLM\)의 한 변이 유리수 \(\overline{\rm CD}\)이어서 나머지 변 \(\overline{\rm CM}\)은 유리수이며 \(\overline{\rm CD}\)와 같은 단위로 측정할 수 없다. [X권 명제 22]
(직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)\(={\overline{\rm AG}}^2+{\overline{\rm GB}}^2\)이며 \({\overline{\rm AB}}^2=\)(직사각형 \(\rm CDEF\) 넓이)이다. 따라서 나머지 즉, \(2\cdot\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}=\)(직사각형 \(\rm FELM\) 넓이)이다. [II권 명제 7]
선분 \(\rm FM\)의 중점을 \(\rm N\)이라 하자. 선분 \(\rm CD\)에 평행하도록 선분 \(\rm NO\)를 긋자. 그러면 (직사각형 \(\rm FEON\) 넓이)\(=\)(직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(=\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)이다. 그런데 \(\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)은 제곱근 평균이다. 그러므로 (직사각형 \(\rm FELM\) 넓이)도 제곱근 평균이다. 직사각형 \(\rm FELM\)의 한 변이 유리수인 \(\overline{\rm EF}\)이므로 나머지 한 변 \(\overline{\rm FM}\)은 유리수이며 \(\overline{\rm CD}\)와 같은 단위로 측정할 수 없다. [X권 명제 22]
그리고 \(\overline{\rm AG}\), \(\overline{\rm GB}\)는 제곱근 평균이며 단 \({\overline{\rm AG}}^2\), \({\overline{\rm GB}}^2\)만 같은 단위로 측정할 수 있으므로 \(\overline{\rm AG}\), \(\overline{\rm GB}\)는 같은 단위로 측정할 수 없다. 그러므로 \({\overline{\rm AG}}^2\)과 \(\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)도 같은 단위로 측정할 수 없다. [VI권 명제 1, X권 명제 11]
\({\overline{\rm AG}}^2+{\overline{\rm GB}}^2\)는 \({\overline{\rm AG}}^2\)과 같은 단위로 측정할 수 있고, \(2\cdot\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)는 \(\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)과 같은 단위로 측정할 수 있다. 그러므로 \({\overline{\rm AG}}^2+{\overline{\rm GB}}^2\)는 \(2\cdot\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)와 같은 단위로 측정할 수 없다. [X권 명제 13]
그런데 (직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)\(={\overline{\rm AG}}^2+{\overline{\rm GB}}^2\)이며, (직사각형 \(\rm FELM\) 넓이)\(=2\cdot\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)이다. 그러므로 (직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)와 (직사각형 \(\rm FELM\) 넓이)는 같은 단위로 측정할 수 없다. 그런데 (직사각형 \(\rm CDLM\) 넓이)\(:\)(직사각형 \(\rm FELM\) 넓이)\(=\overline{\rm CM}:\overline{\rm FM}\)이다. [VI권 명제 1] 그러므로 \(\overline{\rm CM}\)과 \(\overline{\rm FM}\)은 같은 단위로 측정할 수 없다. [X권 명제 11] 그리고 \(\overline{\rm CM}\)과 \(\overline{\rm FM}\)은 모두 유리수이다. 그러므로 \(\overline{\rm CM}\)과 \(\overline{\rm FM}\)은 유리수이고 단 \({\overline{\rm CM}}^2\)과 \({\overline{\rm FM}}^2\) 만이 같은 단위로 측정할 수 있다. 그러므로 \(\overline{\rm CF}\)는 뺀 선분이다. [X권 명제 73]
다음으로 \(\overline{\rm CF}\)가 세 번째 뺀 선분임을 보이자.
\({\overline{\rm AG}}^2\)와 \({\overline{\rm GB}}^2\)는 같은 단위로 측정할 수 있으므로, (직사각형 \(\rm CDHL\) 넓이)과 (직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)도 같은 단위로 측정할 수 있다. 그러므로 \(\overline{\rm CK}\)와 \(\overline{\rm KM}\)도 같은 단위로 측정할 수 있다. [VI권 명제 1, X권 명제 11]
그런데 \(\left(\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\right)^2={\overline{\rm AG}}^2\cdot{\overline{\rm GB}}^2\)이다. 그리고 (직사각형 \(\rm CDHK\) 넓이)\(={\overline{\rm AG}}^2\)이고, (직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)\(={\overline{\rm GB}}^2\)이고, (직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(=\overline{\rm AG}\cdot\overline{\rm GB}\)이므로 (직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\({}^2=\)(직사각형 \(\rm CDHK\) 넓이)\(\cdot\)(직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)이다. 그러므로 (직사각형 \(\rm CDHK\) 넓이)\(:\)(직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(=\)(직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(:\)(직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)이다.
그런데 (직사각형 \(\rm CDHK\) 넓이)\(:\)(직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(=\overline{\rm CK}:\overline{\rm NM}\)이고 (직사각형 \(\rm NOLM\) 넓이)\(:\)(직사각형 \(\rm KHLM\) 넓이)\(=\overline{\rm NM}:\overline{\rm KM}\)이다. [VI권 명제 1] 그러므로 \(\overline{\rm CK}:\overline{\rm NM}=\overline{\rm NM}:\overline{\rm KM}\)이다. [V권 명제 11] 그러므로 \(\overline{\rm CK}\cdot\overline{\rm KM}={\overline{\rm NM}}^2=\frac14\cdot{\overline{\rm FM}}^2\)이다.
그러므로 \(\overline{\rm CM}\), \(\overline{\rm FM}\)은 \(\overline{\rm CM}\ne\overline{\rm FM}\)이고 넓이가 \(\frac14{\overline{\rm }}^2\)이고 정사각형의 모양이고 한 변이 \(\overline{\rm CM}\)인 평행사변형을 작도하자. 그러면 \(\overline{\rm CM}\)은 같은 단위로 측정할 수 있는 두 선분으로 나누어진다. 그러므로 \({\overline{\rm CM}}^2={\overline{\rm FM}}^2+\)(\(\overline{\rm CM}\)과 같은 단위로 측정할 수 있는 길이를 변으로하는 정사각형 넓이)이다. [X권 명제 17] 그리고 \(\overline{\rm CM}\), \(\overline{\rm FM}\) 모두 유리수 \(\overline{\rm CD}\)와 같은 단위로 측정할 수 없다. 그러므로 \(\overline{\rm CF}\)는 세 번째 뺀 선분이다. [X권 정의 III 3]
Q.E.D.
이 명제는 [X권 명제 111]에서 사용된다.