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  • 1 # 使用者3567204307147

    圓規直尺確實可以一角三分。

    三等分角是古希臘三大幾何問題之一。三等分角是古希臘幾何尺規作圖當中的名題,和化圓為方、倍立方問題被並列為古代數學的三大難題之一,而如今數學上已證實了這個問題無解。該問題的完整敘述為:在只用圓規及一把沒有刻度的直尺將一個給定角三等分。在尺規作圖(尺規作圖是指用沒有刻度的直尺和圓規作圖)的前提下,此題無解。若將條件放寬,例如允許使用有刻度的直尺,或者可以配合其他曲線使用,可以將一給定角分為三等分。

    公元前4世紀,托勒密一世定都亞歷山大城。他憑藉優越的地理環境,發展海上貿易和手工藝,獎勵學術。他建造了規模宏大的“藝神之宮”,作為學術研究和教學中心;他又建造了著名的亞歷山大圖書館,藏書75萬卷。托勒密一世深深懂得發展科學文化的重要意義,他邀請著名學者到亞歷山大城,當時許多著名的希臘數學家都來到了這個城市。

    亞歷山大城郊有一座圓形的別墅,裡面住著一位公主。圓形別墅中間有一條河,公主的居室正好建立在圓心處。別墅南北圍牆各開了一個門,河上建了一座橋,橋的位置和南北門位置恰好在一條直線上。國王每天賞賜的物品,從北門運進,先放到南門處的倉庫,然後公主再派人從南門取回居室。

    一天,公主問侍從:“從北門到我的臥室,和從北門到橋,哪一段路更遠?”侍從不知道,趕緊去測量,結果是兩段路一樣遠的。

    過了幾年,公主的妹妹小公主長大了,國王也要為她修建一座別墅。小公主提出她的別墅要修的像姐姐的別墅那樣,有河,有橋,有南北門。國王滿口答應,小公主的別墅很快就動工了,當把南門建立好,要確定橋和北門的位置時,卻出現了一個問題:怎樣才能使得北門到臥室和北門到橋的距離一樣遠呢?

    問題解答

    已知南門位置為P,臥室(圓心)為O,設北門位置為Q,橋為K,要確定北門的和橋的位置,關鍵是做出∠OQK,設OP和OK的夾角是α

    三等分角

    由 QK=QO,

    得 ∠QKO=∠QOK

    在△OKP中,

    ∠OKP=180°-α-∠KPO

    所以∠QKO=α+∠KPO,

    又因為OP=OQ

    所以∠OQK=∠OPK

    在△QKO中,

    ∠QKO+∠QOK+∠OQK

    =(α+∠KPO)+(α+∠KPO)+∠KPO

    =3∠KPO+2α=180°

    即∠KPO=(180°-2α)/3 = ∠QOK

    只要能把180°-2α這個角三等分,就能夠確定出橋和北門的位置了。解決問題的關鍵是如何三等分一個角。

    但是不存在能三等分任意給定角的純尺規方法。

    問題發展

    工匠們試圖用尺規作圖法確定出橋的位置,可是他們用了很長的時間也沒有解決。於是他們去請教阿基米德。

    阿基米德用在直尺上做固定標記的方法,解決了三等分一角的問題,從而確定了北門的位置。正當大家稱讚阿基米德了不起時,阿基米德卻說:“這個確定北門位置的方法固然可行,但只是權宜之計,它是有破綻的。”阿基米德所謂的破綻就是在尺上做了標記,等於是做了刻度,這在尺規作圖法中則是不允許的。

    這個故事提出了一個數學問題:如何尺規三等分任意已知角,這個問題連阿基米德都沒有解答出來。

    以下是阿基米德的方法。

    注意看,∠a=∠c+∠b

    =2∠b+∠b

    =3∠b

    做法就是在尺子上做個標記,讓尺子上CD段=半徑r

    然後讓ACD三點一線,即在尺子上。

    其實這也算是尺規作圖了。

    別問我為什麼會知道。

    因為我小時候也曾試圖努力破解三等分角。

    努力學習更多吧,世界比你想象的還要大些。

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