折纸公理 ，又称藤田－羽鸟公理 或藤田－贾斯汀公理 ，是折纸数学 的基本公理。假定所有折纸操作均在理想的平面 上进行，并且所有折痕都是直线，那么这些公理描述了通过折纸可能达成的所有数学操作。
折纸定理最早于1989年由雅克·贾斯汀（Jacques Justin）发现[ 1] 日 裔意大利 数学家藤田文章 发现[ 2]
前6个公理又叫做藤田公理，公理7由羽鸟公士郎发现，贾斯汀和罗伯特·朗（Robert J. Lang）也同样发现了公理7。7条公理如下：
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
有且仅有 一条折痕同时过这两点。
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
给定两直线
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
给定一点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
给定一点
p
{\displaystyle p}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
公理5可能有最多2个解，公理6可能有最多3个解，而尺规作图 的公理最多只有两个解。所以，折纸的作图能力要强于尺规作图。就是说，尺规作图相当于在解二次方程，而折纸几何相当于解三次方程。因而诸如三等分角 、倍立方 等尺规作图无法解决的问题却可以用折纸几何解决。但是公理6在实践中需要将纸“滑动”，这其实相当于二刻尺作图 ，这在标准的尺规作图中是不被允许的。
罗伯特·朗证明了这七个公理已经是折纸几何的全部公理了。
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
有且仅有 一条折痕同时过这两点。
以参数方程表示的话，过2点的直线可以表示为：
F
(
s
)
=
p
1
+
s
(
p
2
−
p
1
)
.
{\displaystyle F(s)=p_{1}+s(p_{2}-p_{1}).}
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
这条公理相当于是作线段
p
1
p
2
¯
{\displaystyle {\overline {p_{1}p_{2}}}}
垂直平分线 。这可以通过以下四个步骤完成：
使用公理1 作出连结
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
P
(
s
)
=
p
1
+
s
(
p
2
−
p
1
)
{\displaystyle P(s)=p_{1}+s(p_{2}-p_{1})}
找到直线
P
(
s
)
{\displaystyle P(s)}
中点
p
m
i
d
{\displaystyle p_{mid}}
找到垂直于
P
(
s
)
{\displaystyle P(s)}
向量
v
p
e
r
p
{\displaystyle \mathbf {v_{perp}} }
折痕的参数方程 表示为：
F
(
s
)
=
p
m
i
d
+
s
⋅
v
p
e
r
p
.
{\displaystyle F(s)=p_{\mathrm {mid} }+s\cdot \mathbf {v} _{\mathrm {perp} }.}
给定两直线
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
这条公理相当于是找出
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
q
1
{\displaystyle q_{1}}
q
2
{\displaystyle q_{2}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
u
{\displaystyle \mathbf {u} }
v
{\displaystyle \mathbf {v} }
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
u
=
(
p
2
−
p
1
)
/
|
(
p
2
−
p
1
)
|
{\displaystyle \mathbf {u} =(p_{2}-p_{1})/\left|(p_{2}-p_{1})\right|}
v
=
(
q
2
−
q
1
)
/
|
(
q
2
−
q
1
)
|
.
{\displaystyle \mathbf {v} =(q_{2}-q_{1})/\left|(q_{2}-q_{1})\right|.}
如果两直线不平行，它们的交点为：
p
i
n
t
=
p
1
+
s
i
n
t
⋅
u
{\displaystyle p_{\mathrm {int} }=p_{1}+s_{\mathrm {int} }\cdot \mathbf {u} }
其中
s
i
n
t
=
−
v
⊥
⋅
(
p
1
−
q
1
)
v
⊥
⋅
u
.
{\displaystyle s_{int}=-{\frac {\mathbf {v} _{\perp }\cdot (p_{1}-q_{1})}{\mathbf {v} _{\perp }\cdot \mathbf {u} }}.}
两条直线所夹的一个角的平分线方向是：
w
=
|
u
|
v
+
|
v
|
u
|
u
|
+
|
v
|
.
{\displaystyle \mathbf {w} ={\frac {\left|\mathbf {u} \right|\mathbf {v} +\left|\mathbf {v} \right|\mathbf {u} }{\left|\mathbf {u} \right|+\left|\mathbf {v} \right|}}.}
折痕的参数方程是：
F
(
s
)
=
p
i
n
t
+
s
⋅
w
.
{\displaystyle F(s)=p_{\mathrm {int} }+s\cdot \mathbf {w} .}
这两直线还有另一个角平分线，两条角平分线互相垂直，且都过点
p
i
n
t
{\displaystyle p_{int}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
如果两条直线平行 ，那么只要沿着两直线中间的一条线（与两直线平行，到两直线距离相等）折叠就可以将
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
给定一点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
向量
v
{\displaystyle \mathbf {v} }
l
1
{\displaystyle l_{1}}
F
(
s
)
=
p
1
+
s
⋅
v
.
{\displaystyle F(s)=p_{1}+s\cdot \mathbf {v} .}
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
这个公理相当于找出圆 和直线的交点，所以有最多2个解，最少也可能无解。这取决于直线
l
1
{\displaystyle l_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
如果我们知道直线上两点
(
x
1
,
y
1
)
{\displaystyle (x_{1},y_{1})}
(
x
2
,
y
2
)
{\displaystyle (x_{2},y_{2})}
x
=
x
1
+
s
(
x
2
−
x
1
)
{\displaystyle x=x_{1}+s(x_{2}-x_{1})\,}
y
=
y
1
+
s
(
y
2
−
y
1
)
.
{\displaystyle y=y_{1}+s(y_{2}-y_{1}).\,}
如果圆心
p
2
=
(
x
c
,
y
c
)
{\displaystyle p_{2}=(x_{c},y_{c})}
r
=
|
p
1
−
p
2
|
{\displaystyle r=\left|p_{1}-p_{2}\right|}
(
x
−
x
c
)
2
+
(
y
−
y
c
)
2
=
r
2
.
{\displaystyle (x-x_{c})^{2}+(y-y_{c})^{2}=r^{2}.\,}
为了确定圆和直线的交点，将直线方程代入圆方程，得：
(
x
1
+
s
(
x
2
−
x
1
)
−
x
c
)
2
+
(
y
1
+
s
(
y
2
−
y
1
)
−
y
c
)
2
=
r
2
.
{\displaystyle (x_{1}+s(x_{2}-x_{1})-x_{c})^{2}+(y_{1}+s(y_{2}-y_{1})-y_{c})^{2}=r^{2}.\,}
或者可以简化为：
a
s
2
+
b
s
+
c
=
0
{\displaystyle as^{2}+bs+c=0\,}
其中：
a
=
(
x
2
−
x
1
)
2
+
(
y
2
−
y
1
)
2
{\displaystyle a=(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}\,}
b
=
2
(
x
2
−
x
1
)
(
x
1
−
x
c
)
+
2
(
y
2
−
y
1
)
(
y
1
−
y
c
)
{\displaystyle b=2(x_{2}-x_{1})(x_{1}-x_{c})+2(y_{2}-y_{1})(y_{1}-y_{c})\,}
c
=
x
c
2
+
y
c
2
+
x
1
2
+
y
1
2
−
2
(
x
c
x
1
+
y
c
y
1
)
−
r
2
.
{\displaystyle c=x_{c}^{2}+y_{c}^{2}+x_{1}^{2}+y_{1}^{2}-2(x_{c}x_{1}+y_{c}y_{1})-r^{2}.\,}
然后，只要解以下方程就能确定直线和圆的交点：
−
b
±
b
2
−
4
a
c
2
a
.
{\displaystyle {\frac {-b\pm {\sqrt {b^{2}-4ac}}}{2a}}.}
如果判别式
b
2
−
4
a
c
<
0
{\displaystyle b^{2}-4ac<0}
相切 ；如果辨别式大于0，方程有两解，圆和直线有两个交点。令
d
1
{\displaystyle d_{1}}
d
2
{\displaystyle d_{2}}
m
1
=
p
1
d
1
¯
{\displaystyle m_{1}={\overline {p_{1}d_{1}}}\,}
m
2
=
p
1
d
2
¯
.
{\displaystyle m_{2}={\overline {p_{1}d_{2}}}.\,}
折痕
F
1
(
s
)
{\displaystyle F_{1}(s)}
m
1
{\displaystyle m_{1}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
d
1
{\displaystyle d_{1}}
F
2
(
s
)
{\displaystyle F_{2}(s)}
m
2
{\displaystyle m_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
d
2
{\displaystyle d_{2}}
F
1
(
s
)
=
p
1
+
1
2
(
d
1
−
p
1
)
+
s
(
d
1
−
p
1
)
⊥
F
2
(
s
)
=
p
1
+
1
2
(
d
2
−
p
1
)
+
s
(
d
2
−
p
1
)
⊥
.
{\displaystyle {\begin{aligned}F_{1}(s)&=p_{1}+{\frac {1}{2}}(d_{1}-p_{1})+s(d_{1}-p_{1})_{\perp }\\[8pt]F_{2}(s)&=p_{1}+{\frac {1}{2}}(d_{2}-p_{1})+s(d_{2}-p_{1})_{\perp }.\end{aligned}}}
给定两点
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
这个公理相当于找到同时与两条抛物线 相切的直线，等价于解一个三次方程。两条抛物线的焦点分别是
p
1
{\displaystyle p_{1}}
p
2
{\displaystyle p_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
给定一点
p
{\displaystyle p}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
p
1
{\displaystyle p_{1}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
过
p
{\displaystyle p}
l
2
{\displaystyle l_{2}}
l
1
{\displaystyle l_{1}}
q
{\displaystyle q}
p
q
¯
{\displaystyle {\overline {pq}}}
p
{\displaystyle p}
q
{\displaystyle q}
^ Justin, Jacques, "Resolution par le pliage de l'equation du troisieme degre et applications geometriques", reprinted in Proceedings of the First International Meeting of Origami Science and Technology , H. Huzita ed. (1989), pp. 251–261.
^ Humiaki Huzita, “Understanding Geometry through Origami Axioms”, The
First International Conference on Origami in Education and Therapy (COET91) (1991)
![{\displaystyle {\begin{aligned}F_{1}(s)&=p_{1}+{\frac {1}{2}}(d_{1}-p_{1})+s(d_{1}-p_{1})_{\perp }\\[8pt]F_{2}(s)&=p_{1}+{\frac {1}{2}}(d_{2}-p_{1})+s(d_{2}-p_{1})_{\perp }.\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d7cf110005df528857c3e2c272bd402f014f14c1)
