希腊几何三大问题

更新时间:2024-02-21 15:11

希腊几何三大问题,数学术语,古希腊几何作图的三大问题是:①化圆为方,求作一正方形,使其面积等于一已知圆;②三等分任意角;③倍立方,求作一立方体,使其体积是一已知立方体的两倍。这些问题的难处,是作图只许用直尺(没有刻度,只能作直线的尺)和圆规。经过两千多年的探索,最后才证明在尺规的限制下,根本不可能作出所要求的图形。

引证解释

希腊人强调作图只能用直尺圆规,有下列原因:

①希腊几何的基本精神,是从极少的基本假定(定义、公理、公设)出发,推导出尽可能多的命题。对于作图工具,自然也相应地限制到不能再少的程度。

②受柏拉图哲学思想的影响。柏拉图片面强调数学在训练智力方面的作用而忽视其实用价值。他主张通过几何学习达到训练逻辑思维的目的,因此工具要有所限制,正象体育竞赛要有器械的限制一样。

③以毕达哥拉斯学派为代表的希腊人认为圆是最完美的平面图形,圆和直线是几何学最基本的研究对象。有了尺规,圆和直线已经能够作出,因此就规定只使用这两种工具。历史上最早明确提出尺规限制的是伊诺皮迪斯,以后逐渐成为一种公约,最后总结在欧几里得的《几何原本》之中。

圆周率方法的先导。与中国刘徽割圆术不谋而合。

用尺规二等分一个角是轻而易举的,对于某些角,如90°、135°、180°,三等分也不难。自然会提出三等分任意角的问题。如能将60°角三等分,就可以作出正18边形和正9边形,三等分角问题就是由这一类问题引起的。关于倍立方问题的起源,有两个神话传说。第一个说鼠疫袭击提洛岛(爱琴海上小岛),一个预言者说已经得到神的谕示,必须将立方形的阿波罗祭坛体积加倍,瘟疫方能停息。

一个工匠简单地将坛的各边加倍(体积变成原来的8倍),这并不符合神的意旨,因此瘟疫更加猖獗。错误发现后,希腊人将这个”提洛问题”去请教柏拉图。柏拉图说:神的真正意图是想使希腊人为忽视几何学而感到羞愧。另一个故事说克里特王米诺斯为儿子修坟,命令将原来设计的体积加倍,但仍保持立方的形状。

公元前5世纪,雅典的“智人学派”以上述三大问题为中心,开展研究。正因为不能用尺规来解决,常常使人闯入新的领域中去。例如激发了圆锥曲线、割圆曲线以及三、四次代数曲数的发现。

17世纪解析几何建立以后,尺规作图的可能性才有了准则。1837年P.L.旺策尔给出三等分任意角和倍立方不可能用尺规作图的证明,1882年C.L.F.von林德曼证明了 π的超越性,化圆为方的不可能性也得以确立。1895年(C.)F.克莱因总结了前人的研究,著《几何三大问题》(中译本,1930)一书,给出三大问题不可能用尺规来作图的简明证法,彻底解决了两千多年的悬案。

虽然如此,还是有许多人不管这些证明,想压倒前人所有的工作。他们宣称自己已解决了三大问题中的某一个,实际上他们并不了解所设的条件和不可解的道理。三大问题不能解决,关键在工具的限制,如果不限工具,那就根本不是什么难题,而且早已解决。例如阿基米德就曾用巧妙的方法三等分任意角。下面为了叙述简单,将原题稍加修改。在直尺边缘上添加一点,命尺端为。设所要三等分的角是∠,以为心,为半径作半圆交角边于、;使点在延线上移动,点在圆周上移动,当尺通过时,联(见图)。由于==,易知。

这里使用的工具已不限于尺规,而且作图方法也与公设不合。另外两个问题也可以用别的工具解决。

免责声明
隐私政策
用户协议
目录 22
0{{catalogNumber[index]}}. {{item.title}}
{{item.title}}