尺歸作圖不可能三等分角的。
在數學的歷史上有三個問題始終以可驚的力量堅廿了兩千多年。初等幾何學到現在至少已有了三千年的歷史,在這期間努力於初等幾何學之發展的學者們曾經遇到過很多的難題,而始終絞著學者腦汁的卻就是這三個問題。問題是「立方倍積」,「化圓為方」和「三等分角」,由於這三個問題的屹立不移,現在就被合稱為「三大問題」。
立方倍積
關於立方倍積的問題有一個神話流傳:當年希臘提洛斯(Delos)島上瘟疫流行,居民恐懼也向島上的守護神阿波羅(Apollo)祈禱,神廟裡的預言修女告訴他們神的指示:「把神殿前的正立方形祭壇加到二倍,瘟疫就可以停止。」由此可見這神是很喜歡數學的。居民得到了這個指示後非常高興,立刻動工做了一個新祭壇,使每一棱的長度都是舊祭壇棱長的二倍,但是瘟疫不但沒停止,反而更形猖獗,使他們都又驚奇又懼怕。結果被一個學者指出了錯誤:「棱二倍起來體積就成了八倍,神所要的是二倍而不是八倍。」大家都覺得這個說法很對,於是改在神前並擺了與舊祭壇同形狀同大小的兩個祭壇,可是瘟疫仍不見消滅。人們困擾地再去問神,這次神回答說:「你們所做的祭壇體積確是原來的二倍,但形狀卻並不是正方體了,我所希望的是體積二倍,而形狀仍是正方體。」居民們恍然大悟,就去找當時大學者柏拉圖(Plato)請教。由柏拉圖和他的弟子們熱心研究,但不曾得到解決,並且耗費了後代許多數學家們的腦汁。而由於這一個傳說,立方倍積問題也就被稱為提洛斯問題。
化圓為方
方圓的問題與提洛斯問題是同時代的,由希臘人開始研究。有名的阿基米得把這問題化成下述的形式:已知一圓的半徑是r,圓周就是2πr,面積是πr2。由此若能作一個直角三角形,其夾直角的兩邊長分別為已知圓的周長2πr及半徑r,則這三角形的面積就是
(1/2)(2πr)
三等分點是把一條線段平均分成三等分的兩個點。
三等分點的作法有很多種,下面介紹四種三等分點的作法: 方法一: 現已知線段AB,要求作出AB的三等分點F,E。 步驟:做以AB為中線的三角形(方法如下:任意延長AB至點C,以B為圓心,截取HB=BC。
分別以H,C為圓心,HC為半徑畫弧,交HC垂直平分線於G,G1。連接AGG1,為三角形。)
做AG1垂直平分線,交AB於E,則EB=1/3AB。 E為圓心,BE半徑,畫圓與AB交於F。
E,F即是線段AB的三等分點。 方法二: 已知AB線段,做AB為底的等邊三角形,做AB的垂直平分線,設上面一點是C,再做BC的垂直平分線,兩平分線相交D吧,設AB中點為E,那麼DE是EC的三分之一,延長CE,然後取EF等於ED,可以看出三角形ADF是等邊三角形,做AD的垂直平分線,交AE於一點,設為G,AG就是AB的三分之一,如上做另一邊的三分之一,即可。
方法三: 把已知線段的一個端點作為頂點,任意作延長線,在延長線上從頂點開始任意截取相等的連續的三段,形成另一條線段,然後把已知線與你作的線段的另一個端點相連,形成三角形,過三等分點做底邊的平行線,交已知線段上的點就是所要的三等分點. 方法四: 已知線段AB,將AB線段四等分,分別為A,C,D,E,B。以ACD為直徑畫圓,再以CDEB為直徑畫圓,兩圓交點為點F,過F點作AB的垂線交AB於點F,點F即為線段AB的三等分點。
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