🌐 English
AL-HINDARA · FRAME 2 · OCTOBER 2026

الشجرة والظل

إطار هندسي وعددي قابل لإعادة التشغيل: برهان زاوية 22.5°، ومحاكاة تفاعلية، ورسم بياني، وجدول القياسات الأولية، واختبار تكافؤ TOST محسوب في الصفحة مع تحقق آلي من دالة توزيع t.

المؤلف: م/ عبدالله محمد ناصر الجبري شعوب — صنعاء — اليمن
Frame 1 DOI: 10.5281/zenodo.23540283 Frame 2 DOI: 10.5281/zenodo.23540796 OSF DOI: 10.17605/OSF.IO/YC9MB

يبدأ الإطار من نتيجة مثلثية دقيقة، ثم يبني عليها محاكاة تفاعلية، ثم يعرض قياسات ميدانية أولية تُفحص استكشافيًا ضمن هامش تكافؤ محدد مسبقًا.

الافتتاحية — المشكلة، الإنجاز، نوع الدليل

المشكلة

كيف تُربط علاقة هندسية دقيقة (tan 22.5° = √2−1) بمشاهدات ميدانية قابلة للقياس، وما الذي يُستنتج فعلًا من تقارب عددي بين نسبة تاج/ارتفاع في عينة صغيرة والقيمة النظرية؟

الإنجاز

برهان مثلثي دقيق لـ tan(22.5°) = √2−1، وعلاقة الظل S/H = tan(θ) ضمن النموذج الهندسي، ومحاكاة تفاعلية، وقياسات أولية لخمس أشجار مانجو، واختبار تكافؤ TOST قابل لإعادة الحساب داخل الصفحة مع اختبارات مرجعية مرئية.

نوع الدليل

برهان رياضي دقيق للنتيجة المثلثية. نموذج هندسي بشروط محددة (سطح أفقي، شعاع مستقيم) لعلاقة الظل. بيانات ميدانية استكشافية (n=5) تُظهر تقاربًا عدديًا لا إثباتًا. لا يوجد في الإطار ادعاء مثبت بصلة إلى فرضية ريمان.

1. النتيجة الرياضية الدقيقة

إذا كانت الزاوية θ مقاسة من الاتجاه الرأسي، فإن زاوية ارتفاع الشمس عن الأفق هي α = 90° − θ. ولشعاع شمسي يصنع زاوية ارتفاع α مع أرض أفقية، ينتج من مثلث قائم أن نسبة الظل الأفقي إلى الارتفاع الرأسي هي:

S / H = cot(α) = tan(θ)

عند θ = 22.5° تكون α = 67.5°، وبالتالي:

tan(22.5°) = tan(45° / 2) = √2 − 1 ≈ 0.4142135624

برهان نصف الزاوية

ضع x = tan(22.5°). وبما أن tan(45°) = 1، فمن صيغة ضعف الزاوية:

1 = tan(45°) = 2x / (1 − x²)

إعادة الترتيب تعطي x² + 2x − 1 = 0. ومن حل المعادلة التربيعية:

x = −1 ± √2

ولأن 22.5° زاوية حادة فـ x موجب، لذلك:

x = √2 − 1
ما الذي ثبت؟ القيمة المثلثية الدقيقة √2−1، وعلاقة الظل الهندسية تحت افتراض سطح أفقي وشعاع ضوئي مستقيم وقياس صحيح للزاوية. هذا لا يثبت وحده أن نسبة تاج شجرة مقاسة ميدانيًا يجب أن تساوي هذه القيمة.

2. محاكاة هندسية تفاعلية

غيّر ارتفاع الجسم وزاوية θ لترى طول الظل المتوقع وفق النموذج الهندسي. θ هنا مقاسة من الرأسي، لا من الأفق. نطاق الزاويتين متكامل: θ ∈ [5°,60°]، α = 90°−θ ∈ [30°,85°].

طول الظل النظري S3.23 m
النسبة S/H0.41421
tan(θ)0.41421
مثلث قائم يوضح ارتفاع الجسم وطول الظل والشعاع الشمسي وزاوية θ الرسم تخطيطي غير مقياسي؛ الأطوال المعروضة محسوبة من القيم المدخلة، لا مقيسة من الرسم. H = 7.8 m S = 3.23 m θ = 22.5° الرسم تخطيطي غير مقياسي؛ الأطوال المعروضة محسوبة لا مقيسة من الرسم
الارتفاع Hالظل Sالشعاع الشمسي

تنبيه: إذا غُيّرت زاوية ارتفاع الشمس α، تُحسب زاوية θ المكملة تلقائيًا؛ وإذا غُيّرت θ مباشرة، تتغير α إلى 90°−θ. الحدود مقيّدة بالنطاقات المتكاملة أعلاه.

3. القياسات الميدانية الأولية

خمس أشجار مانجو في شعوب، صنعاء؛ تاريخ القياس المسجل: 14 أكتوبر 2026. الرمز H هو الارتفاع الكلي، وh هو الارتفاع السفلي المقاس، وC = H−h هو الفرق الرأسي. النسبة المدروسة R = (H−h)/H.

الجدول 1: قياسات أشجار المانجو الخمس (المصدر: بيانات الإطار، 14 أكتوبر 2026).
الشجرةH (m)h (m)C = H−h (m)R = C/Hالفرق عن √2−1
17.804.503.300.42308+0.00886
28.505.003.500.41176−0.00245
37.204.203.000.41667+0.00245
49.005.403.600.40000−0.01421
57.504.403.100.41333−0.00088

تم تصحيح إشارة الصف الخامس (كانت +0.00088، والصواب −0.00088)، وتصحيح تقريب الصف الأول (كان +0.00887، والصواب +0.00886). القيم محسوبة من H وh المعروضين.

متوسط R—
الانحراف المعياري للعينة—
الخطأ المعياري—
فاصل الثقة 90% للمتوسط—
تمييز جوهري بين النموذجين:
  • النموذج الهندسي (القسم 2): نسبة S/H = tan(θ) لطول ظل أفقي، بشروط: سطح أفقي، شعاع مستقيم، زاوية مقاسة بدقة.
  • البيانات الميدانية (القسم 3): نسبة R = (H−h)/H لتاج/ارتفاع، وليست طول ظل.

نجاح TOST في مقارنة متوسط R مع √2−1 لا يُثبت قانون الظل S/H = tan(θ)، لأنهما كميتان مختلفتان. الصياغة الأمينة: «متوسط نسبة تاج/ارتفاع في هذه العينة قريب عدديًا من √2−1 ضمن الهامش المحدد»، دون ادعاء سببية أو تعميم على أشجار المانجو عمومًا.

اختبار التكافؤ TOST — محسوب من البيانات الخمس

اختبار التكافؤ بمستويين أحاديّي الطرف عند α = 0.05 يقابل فاصل ثقة 90% للمتوسط يجب أن يقع كاملًا داخل [μtarget−Δ, μtarget+Δ]. الهامش Δ يجب تحديده قبل جمع البيانات؛ تغييره بعد الاطلاع على النتيجة يُبطل معنى الاختبار.

الجدول 2: مخرجات TOST لبيانات الجدول 1 (n=5، df=4، α=0.05).
الكميةالقيمة

p₁ هو p للاختبار الأحادي الأدنى (H₀: μ ≤ μtarget−Δ)، وp₂ للاختبار الأحادي الأعلى (H₀: μ ≥ μtarget+Δ)، وp_TOST = max(p₁, p₂). يتحقق التكافؤ عند α=0.05 إذا p_TOST < 0.05. لاحظ أن n=5 صغيرة، والقدرة الإحصائية محدودة، وأن أي نتيجة تتوقف على الهامش المختار.

التحقق المستقل من دالة توزيع t (اختبارات مرجعية مرئية)

تُنفَّذ هذه الاختبارات تلقائيًا عند تحميل الصفحة، ونتيجتها مرئية. القيم المرجعية من جداول توزيع t القياسية.

tdfالمتوقعةالفعلية|خطأ|النتيجة

4. الرسم البياني: النسب الفردية مقابل القيمة النظرية

كل عمود يمثل R لشجرة، والخط المتقطع هو القيمة النظرية √2−1 ≈ 0.41421. الرسم يقارن القيم، لكنه لا يثبت أن التشابه ناتج عن علاقة سببية.

النسبة المقاسة Rالقيمة النظرية √2−1

5. جدول تفسير الأدلة

الادعاءالحالةحدود الاستنتاج
tan(22.5°) = √2−1مثبت رياضيًانتيجة مثلثية دقيقة
S/H = tan(θ)صحيح ضمن النموذج الهندسييتطلب سطحًا أفقيًا وقياسات زاوية/ظل متسقة
متوسط R للأشجار قريب من √2−1وصف عددي لعينة صغيرةخمس أشجار في موقع واحد؛ لا تكفي للتعميم
تكافؤ المتوسط ضمن Δ (القيمة المحسوبة أعلى الصفحة)اختبار مشروط بالهامش المختارالهامش عملي/اصطلاحي ويجب تبريره قبل جمع البيانات؛ القدرة محدودة عند n=5
رابط عام مع فرضية ريمانغير مثبتالتشابه العددي لا ينشئ برهانًا أو رابطًا رياضيًا

ملاحظة إحصائية

فاصل الثقة 90% المعروض هو فاصل t لمتوسط العينة (n=5، df=4). اختبار TOST في القسم 3 محسوب من البيانات الخمس نفسها، ويعرض الهامش ودرجات الحرية وp₁ وp₂ وp_TOST. اجتياز الاختبار لا يعني إثبات مساواة تامة ولا قانونًا طبيعيًا عامًا. اختبارات دالة توزيع t المرجعية (القسم 3) تُظهر ما إذا كانت قيم p المعروضة موثوقة قبل الاعتماد عليها.

6. صياغة البرهان والاستنتاج النهائي

  1. فرضيات النموذج: جسم رأسي ارتفاعه H فوق أرض أفقية، وشعاع ضوئي يصنع زاوية ارتفاع α مع الأفق.
  2. من المثلث القائم: tan(α) = H/S، ومنه S/H = 1/tan(α).
  3. تعريف الزاوية من الرأسي: θ = 90°−α، ولذلك cot(α) = tan(θ)، فينتج S/H = tan(θ).
  4. عند θ = 22.5°: النسبة النظرية للظل إلى الارتفاع هي √2−1 ≈ 0.41421356.
  5. فحص البيانات: متوسط النسبة الميدانية R ≈ 0.41297 قريب عدديًا من القيمة النظرية، لكن R = (H−h)/H ليست هي S/H ما لم يثبت القياس أن H−h هو طول ظل أفقي؛ لذلك لا تعد هذه العينة اختبارًا مباشرًا لقانون الظل.
النتيجة المبرهنة: S/H = tan(θ)، وعند θ=22.5° تساوي √2−1.
الاستنتاج المنضبط: البرهان الهندسي دقيق. أما بيانات المانجو فهي استكشافية وتُظهر تقاربًا عدديًا بين متوسط R والقيمة √2−1، لا إثباتًا بأن الطبيعة تفرض هذه النسبة على الأشجار. لا يوجد في هذه الصفحة برهان على صلة بفرضية ريمان أو على قانون كوني أوسع.

7. خطوات إعادة الإنتاج والروابط

بنية ملف CSV المصدَّر

الملف يبدأ بترويسة تعليقات # تعرّف الإطار والمؤلف وDOI وتاريخ وموقع جمع البيانات والوحدات، ثم صف عناوين الأعمدة:

tree, H_m, h_m, C_m, R, target_sqrt2_minus_1, difference_from_target

الأعمدة tree, H_m, h_m هي البيانات المقاسة؛ C_m, R, difference_from_target محسوبة؛ والعمود target_sqrt2_minus_1 ثابت نظري. الملف لا يحتوي على قياسات خام إضافية ولا سجل لأدوات القياس أو عدم اليقين، ويجب إضافة ذلك قبل الاستخدام في تحليل جديد.

← الشجرة(Tree) 🏠 الرئيسية الشجرة2(tree2) → الشجرة3(tree3) →

8. الامتداد الهندسي: من المستوى إلى الفراغ (الزاوية السحرية)

بعد أن أثبتنا في القسم الأول أن \( \tan(22.5^\circ) = \sqrt{2} - 1 \) في المستوى (الشجرة والظل)، ننتقل الآن إلى الهندسة الفراغية. ماذا يحدث إذا انتقلنا من مثلث قائم 2D إلى مكعب 3D؟

الزاوية السحرية (Magic Angle)

في المكعب، الزاوية بين قطر المكعب (الخط المار من مركزه) وأحد أضلاعه المتصلة به تسمى "الزاوية السحرية". وهي مشهورة في تقنيات الرنين المغناطيسي النووي (NMR) لأنها تلغي تأثيرات معينة في المجال المغناطيسي. قيمتها:

θ_m = arccos(1/√3) = arctan(√2) ≈ 54.7356103°

ويمكن التعبير عنها باستخدام دالة الظل (tan):

tan(θ_m) = √2 ≈ 1.41421356

الرابط الرياضي الدقيق مع إطارنا (Frame 2)

ما علاقة هذه الزاوية بـ 22.5°؟
في الشجرة والظل (مستوى): \( \tan(22.5^\circ) = \sqrt{2} - 1 \).
في المكعب (فراغ): \( \tan(54.7356^\circ) = \sqrt{2} \).
هذا يعطينا هوية رياضية دقيقة:

tan(θ_m) = tan(22.5°) + 1

كلتاهما تعتمدان على الجذر التربيعي للرقم 2، لكن في أبعاد مختلفة! هذا يثبت أن الثابت \( \sqrt{2} \) يلعب دوراً محورياً في كل من الهندسة المستوية والهندسة الفراغية.

الخلاصة: الزاوية 22.5° هي ربع الزاوية القائمة (90°)، بينما الزاوية السحرية 54.7356° هي الزاوية الفراغية في المكعب. الرابط الرياضي الدقيق بينهما هو الهوية: \( \tan(\theta_m) = \tan(22.5^\circ) + 1 \).

الرسم الهندسي المقارن

22.5° tan(θ) = √2 - 1

المستوى (2D)
الشجرة والظل

54.73° tan(θ_m) = √2

الفراغ (3D)
قطر المكعب

ملاحظة منهجية: هذا القسم يوضح رابطاً هندسياً رياضياً دقيقاً بين المستوى والفراغ. لكنه لا يدعي وجود رابط فيزيائي مباشر بين ظاهرة الظل في الطبيعة وخصائص المكعب الهندسية، إلا إذا أثبتت تجربة فيزيائية مستقلة ذلك.