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  • 1 # 滴逃逃

    1796年的一天,德國哥廷根大學,一個很有數學天賦的19歲青年吃完晚飯,開始做導師單獨佈置給他的每天例行的三道數學題。

    前兩道題在兩個小時內就順利完成了。第三道題寫在另一張小紙條上:要求只用賀規和一把沒有刻度的直尺,畫出一個正17邊形。

    他感到非常吃力。時間一分一秒的過去了,第三道題竟毫無進展。這位青年絞盡腦汁,但他發現,自己學過的所有數學知識似乎對解開這道題都沒有任何幫助。

    困難反而激起了他的鬥志:我一定要把它做出來!他拿起圓規和直尺,他一邊思索一邊在紙上畫著,嘗試著用一些超常規的思路去尋求答案。

    當視窗露出曙光時,青年長舒了一口氣,他終於完成了這道難題。

    見到導師時,青年有些內疚和自責。他對導師說:“您給我佈置的第三道題,我竟然做了整整一個通宵,我辜負了您對我的栽培……”

    導師接過學生的作業一看,當即驚呆了。他用顫抖的聲音對青年說:“這是你自己做出來的嗎?”青年有些疑惑地看著導師,回答道:“是我做的。但是,我花了整整一個通宵。”

    導師請他坐下,取出圓規和直尺,在書桌上鋪開紙,讓他當著自己的面再做出一個正17邊形。

    青年很快做出了一上正17邊形。導師激動地對他說:“你知不知道?你解開了一樁有兩千多年曆史的數學懸案!阿基米德沒有解決,牛頓也沒有解決,你竟然一個晚上就解出來了。你是一個真正的天才!”

    原來,導師也一直想解開這道難題。那天,他是因為失誤,才將寫有這道題目的紙條交給了學生。

    每當這位青年回憶起這一幕時,總是說:“如果有人告訴我,這是一道有兩千多年曆史的數學難題,我可能永遠也沒有信心將它解出來。”

    這位青年就是數學王子高斯。

    高斯用代數的方法解決的,他也視此為生平得意之作,還交待要把正十七邊形刻在他的墓碑上,但後來他的墓碑上並沒有刻上十七邊形,而是十七角星,因為負責刻碑的雕刻家認為,正十七邊形和圓太像了,大家一定分辨不出來。

    關於正十七邊形的畫法(高斯的思路,本人並非有意剽竊^_^):

    有一個定理在這裡要用到的:

    若長為|a|,|b|的線段可以用幾何方法做出來,那麼長為|c|的線段也能用幾何方法做出的,

    其中c是方程x^2+ax+b=0的實根。

    上面的定理實際上就是在有線段長度|a|和|b|的時候,做出長為sqrt(a^2-4b)的線段。

    (這一步,大家會畫吧?)

    而要在一個單位圓中做出正十七邊形,主要就是做出長度是cos(2pai/17)的線段。

    下面我把當年高斯證明可以做出cos(2pai/17)的證明給出,同時也就給出了具體的做法。

    設a=2[cos(2pai/17)+cos(4pai/17)+cos(8pai/17)+cos(16pai/17)]>0

    a1=2[cos(6pai/17)+cos(10pai/17)+cos(12pai/17)+cos(14pai/17)]

    則有a+a1=-1,a*a1=-4,即a,a1是方程x^2+x-4=0的根,所以長為|a|和|a1|的線段可以做出。

    令b=2[cos(2pai/17)+cos(8pai/17)]>0 b1=2[cos(4pai/17)+cos(16pai/17)]

    c=2[cos(6pai/17)+cos(10pai/17)]>0 c1=2[cos(12pai/17)+cos(14pai/17)]

    則有b+b1=a b*b1=-1 c+c1=a1 c*c1=-1

    同樣道理,長度是|b|,|b1|,|c|,|c1|的線段都可以做出來的。

    再有2cos(2pai/17)+2cos(8pai/17)=b [2cos(2pai/17)]*[2cos(8pai/17)]=c

    這樣,2cos(2pai/17)是方程x^2-bx+c=0較大的實根,

    顯然也可以做出來,並且作圖的方法上面已經給出來了

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