諾貝爾數學難題

2023-01-02 15:11:03 字數 2322 閱讀 1289

1樓:

3全部如果按嚴格的尺規作圖來解,三等分角是無解的,這個問題已經得到證明。其理論依據出自於十九世紀發展出來的域論。不過,如果放寬限制,使用有刻度的直尺,則三等分角是可能的。

但這在尺規做圖法則中是不允許的。

域論(field theory,或譯作「體論」)是抽象代數的分支,研究域的性質。在抽象代數中,域(field,或譯為體)是一種可進行加、減、乘和除(除了除以零之外)運算的代數結構。域的概念是數域以及四則運算的推廣。

關於尺規作圖三等分角無解的證明,有一種簡單的表述:

任何可以在尺規作圖規定下完成的幾何物件,其座標需為規矩數,規矩數的必要條件為一代數數,且最小多項式次數為2的n次方。 假設可以用尺規作圖將任意角三等分,代表對任意角度 a,均可以由尺規作圖得到 a/3,而cos a/3也會是規矩數。

令 a = π/3, x =cos a/3 = cos π/9

根據三倍角公式:

cos a = 4 (cos a/3)^3 - 3 cos a/3 【^3表示3次方】

因此 4x^3 - 3x = cos a = cos π/3 = 1/2

8x^3 - 6x - 1 = 0 【同上,^3表示3次方】

此方程式無有理數解,且其次數為3,不滿足2的n次方的形式,因此 x = cos π/9 不是規矩數,也就代表無法用尺規作圖得到 π/9,與假設矛盾,因此無法用尺規作圖將任意角三等分,三等分角問題因而宣告無解。

剛才提到,如果放寬限制,採用「作弊」的方法,則三等分角是有可能的。下面就是作圖的過程:

首先,在直尺上有兩個刻度,相距ab。把角上的直線延長,並作乙個半徑為ab的圓。

把直尺的一點固定在a,並將直尺繞著點a移動,直到其中乙個刻度位於點c,另乙個刻度位於點d,也就是說,cd = ab。這時,角b就是角a的三分之一。

證明:1.e + c = 180°。

2.e + 2b = 180°。

3.兩式相減,得c = 2b。

4.d + 2c = 180°,因此d = 180° − 2c,把上式代入,得d = 180° − 4b。

5.a + d + b = 180°,因此a + (180° − 4b) + b = 180°。

所以,a − 3b = 0,或a = 3b。證畢。

關於三等分角的歷史是這樣的:

西元前4世紀,托勒密一世定都亞歷山卓城。他憑藉優越的地理環境,發展海上**和手工藝,獎勵學術。他建造了規模巨集大的「藝神之宮」,作為學術研究和教學中心;他又建造了著名的亞歷山卓圖書館,藏書75萬卷。

托勒密一世深深懂得發展科學文化的重要意義,他邀請著名學者到亞歷山卓城,當時許多著名的希臘數學家都來到了這個城市。

相傳亞歷山卓城郊有一座圓形的別墅,裡面住著一位公主。圓形別墅中間有一條河,公主的居室正好建立在圓心處。別墅南北圍牆各開了乙個門,河上建了一座橋,橋的位置和南北門位置恰好在一條直線上。

國王每天賞賜的物品,從北門運進,先放到南門處的倉庫,然後公主再派人從南門取回居室。

一天,公主問侍從:「從北門到我的臥室,和從北門到橋,哪一段路更遠?」侍從不知道,趕緊去測量,結果是兩段路一樣遠的。

過了幾年,公主的妹妹小公主長大了,國王也要為她修建一座別墅。小公主提出她的別墅要修的像姐姐的別墅那樣,有河,有橋,有南北門。國王滿口答應,小公主的別墅很快就動工了,當把南門建立好,要確定橋和北門的位置時,卻出現了乙個問題:

怎樣才能使得北門到臥室和北門到橋的距離一樣遠呢?

設,北門的位置為q,南門的位置為p,臥室(圓心)為o,橋為k,

要確定北門的和橋的位置,關鍵是做出∠opq,設po和河流的夾角是α

由 qk=qo,

得 ∠qko=∠qok

但是∠qko=α+∠kpo,

又∠oqk=∠opk

所以在△qko中,

∠qko+∠qok+∠oqk

=(α+∠kpo)+(α+∠kpo)+∠kpo

=3∠kpo+2α=π

即∠kpo=(π-2α)/3

只要能把180-2α這個角三等分,就能夠確定出橋和北門的位置了。解決問題的關鍵是如何三等分乙個角。

工匠們試圖用尺規作圖法確定出橋的位置,可是他們用了很長的時間也沒有解決。於是他們去請教阿基公尺德。

阿基公尺德用在直尺上做固定標記的方法,解決了三等分一角的問題,從而確定了北門的位置。正當大家稱讚阿基公尺德了不起時,阿基公尺德卻說:「這個確定北門位置的方法固然可行,但只是權宜之計,它是有破綻的。

」阿基公尺德所謂的破綻就是在尺上做了標記,等於是做了刻度,這在尺規做圖法則中是不允許的。

2樓:匿名使用者

╮(╯_╰)╭,諾貝爾題目這麼簡單,中國13億人,一人乙個諾貝爾獎

3樓:

你確定嗎?......

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