問題拿破崙雖然是位軍事家,但他與當時的許多法國知名數學家,如拉格朗日,拉普拉斯等交往都頗密切,一次拿破崙問拉普拉斯:「我讀了您不少的大作,我對您在您的書中竟然一次都不提上帝很不理解,您能解釋一下嗎?」拉普拉斯不客氣地回答:「陛下,我不需要那個假設。」對拉普拉斯的傲慢態度,拿破崙卻並未發火,仍給了他很多的榮譽與職位,從這一點看,拿破崙倒頗有一點「尊重知識,尊重人材」的大將風度。
拿破崙儘管忙於打仗,但仍經常與數學家們討論數學,有一次,拿破崙就提出這樣一個問題:
「給出一個圓,只準用圓規,把圓周四等分」。
大家知道,幾何作圖題是規定只準使用圓規與無刻度的直尺來完成的,這兩種工具的功能規定為:
(1)已知圓心及半徑,用圓規作圓。
(2)已知兩點,用直尺作過這兩點的直線。
(3)已知兩圓,或已知兩直線,或已知一圓及一直線,找出它們的交點。
另外還限制只準有限次地使用這兩種工具,逐步作出所需圖形,如果不準使用直尺,只準使用圓規來完成作圖,就是「圓規幾何學」的內容,或稱為「單用圓規的作圖問題」。
如果補充規定用圓規「畫直線」可以理解為:「若已知直線上兩點,則可畫出直線上任意多個點。」那麼,可以證明:能用圓規與直尺完成的圖,都可用圓規單獨完成。
例1,作一線段等於已知線段的任意整數倍。
由於圓規很容易把一個(圓心已知的)已知圓6等分,利用這一點即可完成本作圖。
如圖,已知線段為AB,以B為圓心,BA=a為半徑作圓,以A為一個分點,把圓B六等分,與A相對的分點為C,則AC=2AB。
如此下去,就可以把已知線段延長任意整數值。
例2,把已知線段AB分成n等分(n≥2為整數)。
以n=3為例,由上題可知,可以作出點C,使點C在AB延長線上且使AC=3AB。以C為圓心CA為半徑畫圓,再以A為圓心,AB為半徑畫圓,兩圓交點之一為D,以D為圓心,AB為半徑畫圓,交AB於M,
證明:△ACD、△ADM均為等腰三角形,且有一個底角公用,於是△ACD∽△ADM,於是AC∶AD=AD∶AM但AC=3AD,於是可得AD=3AM即AM=
AB。下面來看看拿破崙的「單用圓規四等分圓」的問題如何解決?
作法:取已知圓O上任一點A,以A為一個分點把⊙O六等分,分點依次為A、B、C、D、E、F(如圖)。分別以A、D為圓心,AC、BD為半徑作圓交於G,以A為圓心,OG為半徑作圓,交⊙O於M、N,則A、M、D、N即四等分⊙O的圓周。
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