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三大作图难题尺规任意分角三等分终极版

笑很甜3年前 (2021-09-15)问答207
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平面幾何作圖中,有很大一部份是尺規作圖。所謂的『尺規作圖』,即是限制只能使用沒有記號的直尺和圓規,在紙上有限次作出曲線。

    在國中所教授的平面幾何中,尺規作圖是其中的一個單元,但是,在學 的過程中,學生對尺規作圖的瞭解、重要性或是趣味性,可能都是一知半解,或毫無體會。筆者曾問班上的高二學生,為何『倍立方問題』沒有辦法用尺規作圖解決?學生的回答居然是「當時沒有圓規」!當然,他們對尺規作圖的限制也不是很清楚。

    筆者想利用這一篇文章,從尺規作圖的限制談起,看看古典希臘時期研究數學的學者,在那樣的由文化所形成的條件下,對所謂『三大作圖題』的解決所做的努力,並從中一窺數學在條件限制下的解題樂趣,藉以提供教學上的一盞探照燈,照出一條不一樣的教學路徑

    所謂的『三大作圖題』,即是:1. 化圓為方;2. 三等分任意角;3. 倍立方這三個尺規作圖的問題。數學家們在經過幾世紀的努力,與數學這一門幾世紀的進展,已經證明這三個問題在尺規作圖的限制之下無法作出。但是,希臘數學家面臨這個問題時,並不知道這樣的結果。他們嘗試去解決這三個問題,在尺規作圖的限制之外,另闢蹊徑,這些小徑或許不是花團錦簇,結實纍纍,卻也仍有其可供欣賞之處

    希臘人會試著去三等分任意角,可能是角的平分之後的延伸。許多希臘數學家在這個問題上,發明了許多的「程序」去三等分一個角,其中包括阿基米德 (Archimedes, 287-212 B.C)及尼可門笛斯 (Nicomedes, 約240 B.C)。

    尺规限制

    尺无限长,无限宽,无刻度

    这样做出的图才符合尺规作图,下面给出最简单的尺规作图

  克隆三角形法,用圆规或尺单独作出,改图按中心无限伸缩,因此任意比例作图.

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