正十七邊形的故事(內含聲明)

2021-02-23 算法與數學之美

聲明:網球運動中有一個名詞叫非受迫性失誤,也稱主動失誤!在此,對於前幾日,小編在文章中編輯中出現的各種非受迫性失誤,小編表達深深歉意並深刻檢討!今後的工作一定認真、認真、再認真!謝謝各位的關注與厚愛!

尺規作圖對於學過幾何的人來說都不陌生,它是指用沒有刻度的直尺和圓規作圖。你也許可以用尺規作圖作出正三角形、正方形、正六邊形等,但是你有沒有想過用尺規作圖作正十七邊形,甚至正十七邊能不能用尺規作圖作出來。其實這一問題早在1796年就由德國著名的數學家高斯19歲時解決,這其中還有一段趣聞:

1796年的一天,德國哥廷根大學,一個很有數學天賦的19歲青年吃完晚飯,開始做導師單獨布置給他的每天例行的三道數學題。前兩道題在兩個小時內就順利完成了。第三道題寫在另一張小紙條上:要求只用圓規和一把沒有刻度的直尺,畫出一個正17邊形。


他感到非常吃力。時間一分一秒的過去了,第三道題竟毫無進展。這位青年絞盡腦汁,但他發現,自己學過的所有數學知識似乎對解開這道題都沒有任何幫助。困難反而激起了他的鬥志:我一定要把它做出來!他拿起圓規和直尺,他一邊思索一邊在紙上畫著,嘗試著用一些超常規的思路去尋求答案。當窗口露出曙光時,青年長舒了一口氣,他終於完成了這道難題。見到導師時,青年有些內疚和自責。他對導師說:「您給我布置的第三道題,我竟然做了整整一個通宵,我辜負了您對我的栽培……」


導師接過學生的作業一看,當即驚呆了。他用顫抖的聲音對青年說:這是你自己做出來的嗎?青年有些疑惑地看著導師,回答道:是我做的。但是,我花了整整一個通宵。導師請他坐下,取出圓規和直尺,在書桌上鋪開紙,讓他當著自己的面再做出一個正17邊形。青年很快做出了一個正17邊形。導師激動地對他說:你知不知道?你解開了一樁有兩千多年歷史的數學懸案!阿基米德沒有解決,牛頓也沒有解決,你竟然一個晚上就解出來了。你是一個真正的天才!


原來,導師也一直想解開這道難題。那天,他是因為失誤,才將寫有這道題目的紙條交給了學生。每當這位青年回憶起這一幕時,總是說:「如果有人告訴我,這是一道有兩千多年歷史的數學難題,我可能永遠也沒有信心將它解出來」。這位青年就是數學王子高斯。


高斯用代數的方法解決的,他也視此為生平得意之作,還交待要把正十七邊形刻在他的墓碑上,但後來他的墓碑上並沒有刻上十七邊形,而是十七角星,因為負責刻碑的雕刻家認為,正十七邊形和圓太像了,大家一定分辨不出來。


1801年,高斯證明:如果k是費馬數,那麼就可以用直尺和圓規將圓周k等分。高斯本人就是根據這個定理作出了正十七邊形,解決了兩千年來懸而未決的難題。


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