我依稀记得在十年前,我的数学老师曾多次提及:"尺规作图:求一条线段的三等分点"、"尺规作图:求一只角的三等分角"是数学史上的一大难题,就像陈景润先生一生追求的哥德巴赫猜想一样,是可以追求一生的难题。
不久前我在网上搜索过一些资料标注着解决了"尺规作图:求一条线段的三等分点"但是仔细看时才明白并非如此。首先,尺规作图所用的尺是无刻度的尺,因而他不能直接作出直角与平行线。其次,即使真解决了"求三等分点"问题(因为文章没有证明内容),那是否容我疑问"求五等分点"问题解决了么?
因而本文以求证"尺规作图:求一条线段的五等分点"的内容详述"求n等分点"的方法(n可以取任意素数)
方法一:
问题:求一条线段AB的五等分点。
答:
1:用尺规为线段AB做中垂线,得到线段中点o。
2:用圆规画圆,圆o
3:在空白处做提条射线L,截取一段线段命名L1,及一段5倍的L1线段,命名L5。(长度:L5=5*L1)
(此处需注意,所截取的线段L1需要主观预判,使L5小于线段AB长度,否则无法进行下一步)
4:用圆规截取L5的长度,然后以线段AB的A为圆心,L5为半径做圆弧,于圆o相交,交点命名为点C。连接AC、BC。
用圆规截取L1的长度,然后以线段AB的A为圆心,L1为半径做圆弧,于线段AC相交,交点命名点a,之后以交点a为圆心,L1为半径做圆弧,于线段aC相交,交点命名b。如图
5:用尺规为线段Ab做中垂线,中垂线与AB的交点命名为f1。则f1为线段AB的五分之一点。
证明:
∵o是线段AB的中点,C是圆o上的点
∴∠ACB是直角
∵直线af1是线段Ab的中垂线
∴∠Aaf1是直角
∵∠CAB是△ABC与△aAf1的共用的角
∴△ABC∽△aAf1
∵线段Aa长度是L1,线段AC长度是L5,L5=5*L1
∴长度Aa*5=AC
∴长度Af1*5=AB
即f1是AB的五分之一点。
方法二:
问题:求一条线段AB的五等分点。
答:
1:另起一空白处,做向任意方向做一条射线L,截取一段线段命名L1,及一段5倍的L1线段,命名L5。(长度:L5=5*L1)
(此处可以个人估量L1为五分之一长度的AB,该条件并非必须)。
2:以A、B两点做圆心,用圆规截取长度为L5的圆弧相交于C、D。在AC线段上做圆弧,以A为圆心,用圆规截取长度为L1的圆弧相交AC于a。以a为圆心,用圆规截取长度为L1的圆弧相交AC于b,同理可得点c、d和a'、b'、c'、d'。
3:连接ad'与AB交于f1点,连接bc'与AB交于f2点,连接cb'与AB交于f3点,连接da'与AB交于f4点。则f1、f2、f3、f4是线段AB的五分之一点。
证明:
∵线段AB=BC=BD=AD,AB=AB
∴△ABC≌△ABD
∴∠CAB=∠DBA
∵∠Af1a与∠d'f1B是对顶角
∴∠Af1a=∠d'f1B
∴△Aaf1∽△f1Bd'
∵Bd'=4*L1=4*aA
∴Bf1=4*Af1
即f1为线段AB的五分之一点
同理可得
f2、f3、f4也为线段AB的五分之一点
结尾:
以上两种方法均可以求证"七等分点""十一等分点"等类似问题。希望有更多数学系或对数学有兴趣的小伙伴能受用。