乘法:
- 以 A 为圆心,以 1 为 半径,作圆弧,交 BA 的延迟线 于 O 点;
- 过 O 点 作任意斜线 l,以 O 为圆心,以 b 为半径, 作圆弧,交 l 于 C 点;
- 过 B 点作 AC 的平行线,交 l 于 D 点,则 CD = ab;
设 CD 的长度是 c,根据 平行线截线段定理 有,
b:c = 1:a
于是,
c = ab
除法:
- 过 A 点作任意斜线 l,以 A 为圆心,以 b 为半径,作圆弧,交 l 于C 点;
- 以 B 为圆心,以 1 为半径作圆弧,交 AB 延长线 于 D 点;
- 过 D 点 作 BC 的 平行线,交 l 于 E 点,则 CD = b/a;
设 CD 的长度是 c,根据 平行线截线段定理 有,
b:c = a:1
于是,
c = b/a
以及,可以对 任意线段 进行 平方运算:
- 以 B 为圆心,以 1 为半径 画圆弧,交 AB 延长线 于 C 点;
- 以 AC 为直径 画半圆;
- 过 B 点作 AC 的垂线,交画半圆 于 D;
设 BD 的长度为 b 则 由于 RtABD 与 RtDBD 相似,于是有,
a:b = b:1
所以,
b² = a
即,
b = √a
而 线段(长度) 实际上与 实数 对应,所以 以上 对应线段的运算 ,实际上,就是对于 实数的运算。
然后,我们 默认 在作图前 纸上 总是存在 一段 被指定为 长度单位1 的线段,于是 延迟 单位线段,就得到了 实轴,水平面面对 单位线段,以 单位线段的左边端点为 0(右边端点 则是 1),过 0 作 单位线段的垂线,就得到了 虚轴,这样就构建了 复平面ℂ 的坐标系统。
又 由于 从 1 开始,可以通过 不断地 四则运算 得到 任意 有理数,所以 我们 还 默认 已经 在 实轴 上标注出了 有理数集ℚ。
这样我们就搭建好了,正式作图前,默认的基础。
最后,我们需要 将 尺规对于 实数的运算 迁移到 复数上。
由,
- (a bi) ± (c di) = (a ± c) (b ± d)i
- (a bi)(c di) = (ac - bd) (ad bc)i
- (a bi)/(c di) = (a bi)(c - di)/(c² d²) = (ac bd)/(c² d²) ((ad bc)/(c² d²))i
知,复数的 四则运算 基于 实数的四则运算,而 尺规 又可以完成 复数的 拆分 和 组合,
- 拆分:任给 一个 复数 z = a bi ,只要 过 z 点分别作 实轴 和 虚轴 的垂线,则 垂足 到 0 点 距离 就 分别 是 a 和 b;
- 组合:任给 两个 实数 a 和 b,分别在 实轴 和 虚轴 上定位 a 和 b 点,然后 过 a 和 b 分别作 实轴 和 虚轴 的垂线,两个 垂线的焦点 就是 复数 a bi;
所以,尺规 支持 复数的 四则运算。
对于 负数 -a 的 平方根运算,由于,
- √-a = (√a)i
我们只需要作出 √a ,然后将其 定位在 虚轴上就可以了,因此 尺规 同样 支持 复数的 平方根运算。
最后,复数还有一种 共轭运算,这个 尺规 也 支持:
- 对于任意复数 z = a bi,过 z 点作 实轴的 垂线,垂足 为 a,以 a 点位圆心,以 az 为半径,画圆弧,将 垂线于 z̅ 点;