古希臘三大幾何難題,為何不成問題?我來告訴你原因!
我們在第一次接觸幾何學時,數學老師就教我們如何尺規作圖。
或許你還聽說過,著名的古希臘三大幾何問題,它們分別是:倍立方,畫圓為方,三等分任意角。
三大難題歷經2000多年後,
今天,我們就來簡單瞭解一下,尺規作圖的原理,相信看完後,你能明白三大幾何難題不成問題的原因。
首先,我們利用尺規作圖,很容易平分一條線段,甚至還可以對所有正整數開根號。
比如,作1×1的直角三角形,
繼續以對角線為一邊,作另一邊為1的直角三角形,連接新的對角線,就可以依次得到所有正整數的開方。
那我們的問題來了!
對於一條任意長的線段,比如長度a,那麼我們可以作,長度為“根號a”的線段嗎?
答案是可以的,但是對於一條直線,我們必須指定單位長度,不然對未知長度的直線開根號,是沒有意義的(你能想到是為何嗎?)。
下圖給出了直線a,用尺規作圖“根號a”的方法。
這就是尺規作圖的極限——對任意已知長度的線段,開2次根號。
但是,你永遠無法利用尺規作圖,得到一般的3次開方數,比如;
那麼我們就可以回答,開篇的問題了。
1、倍立方的本質,是作3次根號2;
2、畫圓為方的本質,是作圓周率π;
3、三等分任意角的本質,是三倍角公式下的一元三次不定方程,作其解。
我們知道圓周率是超越數,所以不可能尺規作圖得到;而那個一元三次方程,
在19世紀初,法國數學家伽羅瓦,首先證明了倍立方和畫圓為方不成問題;1882年,林德曼等人,證明了圓周率的超越性,否定了畫圓為方問題。
另外,我們中國的近代數學起步晚,
比如在上世紀,那時的《北京晨報》,發表消息稱某位元國人耗費14年,解決了三等分角,這一事件還在國內外引起轟動,可不久,人們就發現他的證明是錯誤的。
甚至到了上世紀70年代,中國科學院每年都能收到一籮筐研究三等分角的稿件,最後不得不在權威雜誌,《數學通報》上發佈通告稱:三等分任意角的尺規作圖,是不可能的,這一命題早在200多年前,被伽羅瓦所證明。
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