与角的翻倍相对就是角的等分,将角二等分很简单,
- 第一步与上面一样;
- 以 CD 为半径,分别以 C 和 D 为圆心 作圆弧,两个圆弧 交于 E 点,则 OE 就是 ∠AOB 的平分线;
可是,角的三等分,只有一些特殊角可以做到,例如:180°(因为 等腰三角形 的角度是 60° ,而等腰三角形容易构造),而对于,
- 任意角三等分
古希腊人没有找到答案,这 成了又一个 几何难题,称为 三等分角 问题。
古希腊人通过 内接或者外切多边形来近似的 求圆的面积,这很难精确测量,于是 就设想,是否一种方法,可以通过尺规作图,
- 得到与给定原等面积的正方形;
而正方形面积是很好测量的,这就是 化圆为方 问题。
公元1世纪左右,希波克拉底,发现,
- 新月ACBD 与 三角形 AOB 的面积相等;
也就是尺规可以将 新月 化为 三角,这视乎让 化圆为方 问题 看到了希望,但是 最终 依然功亏一篑,古希腊人并没有到问题的答案,这 成了最后一个 几何难题。
以上就是古希腊人遗留下来的 三大几何难题,后来随着数学的发展,伽罗瓦为了解决高次方程根式解的问题,在高斯、拉格朗日等人的研究基础上,创立了 伽罗瓦理论。借助其中的域论工具,数学家证明了 三大几何难题 实际上是无解的,本文接下来的内容就是为大家揭示这个证明过程。
伽罗瓦理论属于代数,而尺规作图问题是几何,所以 第一步是需要将 几何 转为 代数。
首先,我们知道,面 是由 线 组成,线是由 点组成,从而 尺规作图的结果,最终是由 其在 二维平面上得到的 每个点 决定,这些点称为 可作点。如果 将 二维平面 看成 复数平面ℂ,则 二维平面 上的 每个点就对于 一个复数,从而 每个可作点 也对应 一个 复数,称为 可作数。
其次,在 指定 长度单位 的情况下, 使用 尺规 可以对 任意 两个线段 进行 四则运算 (设 AB 的长度为 a,另一个线段的长度为 b),
加法:
- 以 B 点为圆心 以b为半径,作圆弧,交 AB 的延迟线于 C 点,则 AC = a b;
减法:
- 以 B 点为圆心 以b为半径,作圆弧,交 AB 于 C 点,则 AC = a - b;