倍立方問題

倍立方問題

倍立方問題,是指作一個立方體,使它的體積是已知立方體的體積的兩倍;化圓為方問題:作一個正方形,使它的面積等於已知圓的面積。在2400年前的古希臘已提出這些問題,直至1837年,法國數學家萬芝爾才首先證明“三等分角”和“倍立方”為尺規作圖不能問題。1882年德國數學家林德曼證明π是超越數後,“化圓為方”也被證明為尺規作圖不能問題。

基本信息

倍立方問題

倍立方問題倍立方問題
傳說中,這問題的來源,可追溯到公元前429年,一場瘟疫襲擊了希臘提洛島(Delos),造成四分之一的人口死亡。島民們推派一些代表去神廟請示阿波羅的旨意,神指示說:
要想遏止瘟疫,得將阿波羅神殿中那正立方的祭壇加大一倍。人們便把每邊增長一倍,結果體積當然就變成了8倍,瘟疫依舊蔓延;接著人們又試著把體積改成原來的2倍,但形狀卻變為一個長方體……第羅斯島人在萬般無奈的情況下,只好鼓足勇氣到雅典去求救於當時著名的學者柏拉圖。
開始,柏拉圖和他的學生認為這個問題很容易。他們根據平時的經驗,覺得利用尺規作圖可以輕而易舉地作一個正方形,使它的面積等於已知正方形的2倍,那么作一個正方體,使它的體積等於已知正方體體積的2倍,還會難嗎?結果,……但是,柏氏門徒當時倒有兩件差點成功的作法:

註解

註:『求體積是稜長a的立方體的2倍的立方體』,這問題可以轉化為『求在a與2a之間插入二數x,y,使a,x,y,2a成等比數列』即a:x=x:y=y:2a故x2=ay,y2=2ax,xy=2a2從而x3=a(xy)=a(2a2),故x3=2a3,則稜長x的立方體即為所求。1.已知:線段a求作:對角線互相垂直的直角梯形ABCD,使得,

作法一

(則)作法:1.作互相垂直的線M,線N,交點為O;2.在M上取OC=a,在N上取OD=2a;3.取二曲尺,使一曲尺通過C點,且頂點在N上,另一曲尺通過D點,且頂點在M上,且二尺的另一邊互相密合,如此,便分別在M,N上產生A,B點,則四邊形ABCD中的OA(或OB)即為所求。討論:套用原理為a:x=x:y=y:2a2.已知:線段a求作:線段x,y,使得a:x=x:y=y:2a。

作法二

作法:1.作互相平形且距離為2a的直線M,N*2.在M,N之間,夾著三個全等的直角三角板,使他們的一個直角邊與M密合,相對頂點在N上*3.固定最左邊的一個三角尺,且在最右邊的一個三角尺股上取*4.滑動右邊及中間的三角尺,使每個三角尺的斜邊與相鄰三角尺股交點(R及S)與E,Q共線,則即為所求。

作法三

3.[以下是西元前350年希臘數學家梅內克繆斯Menaechmus)的作法]已知:線段a求作:線段x,y,使得a:x=x:y=y:2a作法:*1.作拋物線[其中頂點(0,0),對稱軸y軸,過(a,a)]*2.作拋物線[其中頂點(0,0),對稱軸x軸,過(,a)]¸二拋物線交於P點3.過P作,則即為所求4.[西元前150年戴可利斯(Diocles)發明一種蔓葉線(cissoid),此為三次曲線,它可解倍立方問題作法:1.是圓O內互相垂直的直徑2.E點在弧BC上,Q點在弧BD上,並滿足*3.作於H,交於P,(P點的軌跡就是蔓葉線)4.則討論:套用原理為a:x=x:y=y:2a

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