倍立方问题(古希腊三大几何问题之一)
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更新时间:2023-01-20
倍立方问题
古希腊三大几何问题之一
倍立方问题,是指作一个立方体,使它的体积是已知立方体的体积的两倍;化圆为方问题:作一个正方形,使它的面积等于已知圆的面积。在2400年前的古希腊已提出这些问题,直至1837年,法国数学家万芝尔才首先证明“三等分角”和“倍立方”为尺规作图不能问题。1882年德国数学家林德曼证明π是超越数后,“化圆为方”也被证明为尺规作图不能问题。
中文名
倍立方问题
外文名
Cubic problem
类别
古希腊三大几何问题
起源地
西腊第罗斯岛(Delos)
起源时间
公元前429年
所在领域
尺规组图
问题
倍立方问题
传说中,这问题的来源,可追溯到公元前429年,一场瘟疫袭击了希腊提洛岛(Delos),造成四分之一的人口死亡。岛民们推派一些代表去神庙请示阿波罗的旨意,神指示说:要想遏止瘟疫,得将阿波罗神殿中那正立方的祭坛加大一倍。人们便把每边增长一倍,结果体积当然就变成了8倍,瘟疫依旧蔓延;接着人们又试着把体积改成原来的2倍,但形状却变为一个长方体……第罗斯岛人在万般无奈的情况下,只好鼓足勇气到雅典去求救于当时著名的学者柏拉图。
开始,柏拉图和他的学生认为这个问题很容易。他们根据平时的经验,觉得利用尺规作图可以轻而易举地作一个正方形,使它的面积等于已知正方形的2倍,那么作一个正方体,使它的体积等于已知正方体体积的2倍,还会难吗?结果,……但是,柏氏门徒当时倒有两件差点成功的作法:
注解
注:『求体积是稜长 a 的立方体的2倍的立方体』,这问题可以转化为『求在 a 与 2a 之间插入二数x,y,使 a,x,y,2a 成等比数列』 即
故 , ,从而 , 故 ,则稜长 x 的立方体即为所求。 1. 已知:线段 a 求作:对角线互相垂直的直角梯形ABCD,使得 ,作法一( 则 ) 作法: 1. 作互相垂直的线M,线N,交点为O;2. 在M上取
,在N上取; 3. 取二曲尺,使一曲尺通过C点,且顶点在N上,另一曲尺通过D点,且顶点在M上,且二尺的另一边互相密合,如此,便分别在M,N上产生A,B点,则四边形ABCD中的OA(或OB)即为所求。讨论:应用原理为 . 已知:线段 a求作:线段x,y,使得 。作法二作法: 1. 作互相平形且距离为2a的直线M,
. 在M,N之间,夹著三个全等的直角三角板,使他们的一个直角边与M密合,相对顶点在N上*3. 固定最左边的一个三角尺,且在最右边的一个三角尺股 上取*4. 滑动右边及中间的三角尺,使每个三角尺的斜边与相邻三角尺股交点(R及S)与E,Q共线,则 即为所求。作法三3. [以下是西元前350年希腊数学家梅内克缪斯Menaechmus)的作法] 已知:线段 a 求作:线段x,y,使得
作法: *1. 作抛物线 [其中顶点(0,0),对称轴y轴,过] *2. 作抛物线 [其中顶点(0,0),对称轴x轴,过( ,a)] ¸ 二抛物线交於P点 3. 过P作,则 即为所求 4. [西元前150年戴可利斯(Diocles)发明一种蔓叶线(cissoid) ,此为三次曲线,它可解倍立方问题 作法:1. 是圆O内互相垂直的直径 2. E点在弧BC上,Q点在弧BD上,并满足 *3. 作 於H,交 於P,(P点的轨迹就是蔓叶线) 4. 则 讨论:应用原理为