《三大幾何難題》真的無解嗎,平面幾何三大難題真的沒有解嗎?

2021-05-22 12:29:49 字數 5583 閱讀 4399

1樓:捨得皖

全錯誤的認為,都可解,我非常自信,公佈是數學界的危機,可我也沒有什麼好處,誰會信嗎?是個問號!

2樓:匿名使用者

古典難題的挑戰——幾何三大難題及其解決

位於歐洲南部的希臘,是著名的歐洲古國,幾何學的故鄉。這裡的古人提出的三大幾何難題,在科學史上留下了濃濃的一筆。這延續了兩千多年才得到解決的世界性難題,也許是提出三大難題的古希臘人所不曾預料到的。

一.三大難題的提出

實際中存在著各種各樣的幾何形狀,曲和直是最基本的圖形特徵。相應地,人類最早會畫的基本幾何圖形就是直線和圓。畫直線就得使用一個邊緣平直的工具,畫圓就得使用一端固定而另一端能旋轉的工具,這就產生了直尺和圓規。

古希臘人說的直尺,指的是沒有刻度的直尺。他們在大量的畫圖經歷中感覺到,似乎只用直尺、圓規這兩種作圖工具就能畫出各種滿足要求的幾何圖形,因而,古希臘人就規定,作圖時只能有限次地使用直尺和圓規這兩種工具來進行,並稱之為尺規作圖法。

漫長的作圖實踐,按尺規作圖的要求,人們作出了大量符合給定條件的圖形,即便一些較為複雜的作圖問題,獨具匠心地經過有限步驟也能作出來。到了大約公元前6世紀到4世紀之間,古希臘人遇到了令他們百思不得其解的三個作圖問題。

1.三等分角問題:將任一個給定的角三等分。

2.立方倍積問題:求作一個正方體的稜長,使這個正方體的體積是已知正方體體積的二倍。

3.化圓為方問題:求作一個正方形,使它的面積和已知圓的面積相等。

這就是著名的古代幾何作圖三大難題,它們在《幾何原本》問世之前就提出了,隨著幾何知識的傳播,後來便廣泛留傳於世。

二.貌以簡單其實難

從表面看來,這三個問題都很簡單,它們的作圖似乎該是可能的,因此,2000多年來從事幾何三大難題的研究頗不乏人。也提出過各種各樣的解決辦法,例如阿基米德、帕普斯等人都發現過三等分角的好方法,解決立方倍積問題的勃洛特方法等等。可是,所有這些方法,不是不符合尺規作圖法,便是近似解答,都不能算作問題的解決。

其間,數學家還把問題作種種轉化,發現了許多與三大難題密切相關的一些問題,比如求等於圓周的線段、等分圓周、作圓內接正多邊形等等。可是誰也想不出解決問題的辦法。三大作圖難題就這樣絞盡了不少人的腦汁,無數人做了無數次的嘗試,均無一人成功。

後來有人悟及正面的結果既然無望,便轉而從反面去懷疑這三個問題是不是根本就不能由尺規作出?

數學家開始考慮哪些圖形是尺規作圖法能作出來的,哪些不能?標準是什麼?界限在**?可這依然是十分困難的問題。

三.高斯的發現

歷史的車輪轉到了17世紀。法國數學家笛卡爾創立解析幾何,為判斷尺規作圖可能性提供了從代數上進行研究的手段,解決三大難題有了新的轉機。

最先突破的是德國數學家高斯。他於2023年4月30日出生於不倫瑞克一個貧苦的家庭。他的祖父是農民,父親是打短工的,母親是泥瓦匠的女兒,都沒受過學校教育。

由於家境貧寒,冬天傍晚,為節約燃料和燈油,父親總是吃過晚飯就要孩子睡覺。高斯爬上小閣樓偷偷點亮自制的蕪菁小油燈,在微弱的燈光下讀書。他幼年的聰慧博得一位公爵的喜愛,15歲時被公爵送進卡羅琳學院,2023年又來到哥庭根大學學習。

由於高斯的勤奮,入學後第二年,他就按尺規作圖法作出了正17邊形。緊接著高斯又證明了一個尺規作圖的重大定理:如果一個奇素數p是費爾馬數,那麼正p邊形就可以用尺規作圖法作出,否則不能作出。

由此可以斷定,正3邊、5邊、17邊形都能作出,而正7邊、11邊、13邊形等都不能作出。

高斯一生不僅在數學方面做出了許多傑出的成績,而且在物理學、天文學等方面也有重要貢獻。他被人們讚譽為「數學王子」。高斯死後,按照他的遺願,人們在他的墓碑上刻上一個正17邊形,以紀念他少年時代傑出的數學發現。

四.最後的勝利

解析幾何誕生之後,人們知道直線和圓,分別是一次方程和二次方程的軌跡。而求直線與直線、直線與圓、圓與圓的交點問題,從代數上看來不過是解一次方程或二次方程組的問題,最後的解是可以從方程的係數(已知量)經過有限次的加、減、乘、除和開平方求得。因此,一個幾何量能否用直尺圓規作出的問題,等價於它能否由已知量經過加、減、乘、除、開方運算求得。

這樣一來,在解析幾何和高斯等人已有經驗的基礎上,人們對尺規作圖可能性問題,有了更深入的認識,從而得出結論:尺規作圖法所能作出的線段或者點,只能是經過有限次加、減、乘、除及開平方(指正數開平方,並且取正值)所能作出的線段或者點。

標準有了,下來該是大膽探索、細心論證。誰能避過重重險灘將思維貫通起來,誰就是最後勝利者。2023年,23歲的萬芝爾以他的睿智和毅力實現了自己的夢想,證明了立方倍積與三等分任意角不可能用尺規作圖法解決,宣佈了2000多年來,人類征服幾何三大難題取得了重大勝利。

他的證明方法是這樣的:

假設已知立方體的稜長為a,所求立方體的稜長為x,按立方倍積的要求應有x3=2a3的關係。所以立方倍積實際是求作滿足方程x3-2a3=0的線

段x,但些方程無有理根,若令a=1,則要作長度為2的立方根的線段,但2的立方根超出了有理數加、減、乘、除、開方的運算範圍,超出了尺規作圖準則中所說的數量範圍,所以它是不可能解的問題。

用類似地想法,他證明了三等分角也是不可能解的問題。實際上萬芝爾還證明了一個被稱為高斯——萬芝爾定理:如果邊數n可以寫成如下形式n=2t·p1·p2……pn,其中p1、p2、…pn都是各不相同的形如22k+1的素數,則可用尺規等分圓周n份,且只有當n可以表成這種形式時,才可用尺規等分圓周n份。

根據這一定理,任意角的三等分就不可能了。

2023年,德國數學家林德曼藉助於eiπ=-1證明了π的超越性,從而解決了化圓為方的問題。假設圓的半徑為r,正方形的邊長為x,按化圓為方數代數方程的根,更不能用加減乘除開平方所表示,因而不可能用尺規法作圖。

從此,古典幾何的三大難題都有了答案。

2000多年來,一代接一代地攻克三大難題,有人不禁要問這值得嗎?假如實際中真遇到要三等分角、立方倍積、化圓為方,只要行之有效,何苦一定用尺規作圖法解決?其實,數學研究並非一定要實用,數學家對每一個未知之謎都要弄個清楚,道個明白,這種執著追求的拗勁正是科學的精神。

更為重要的是,對三大難題的研究,反過來促進了數學的發展,出現了新的數學思想和方法,例如阿基米德、帕普斯發現的三等分角的方法,勃洛特用兩塊三角板解決立方倍積問題(這個我在上初中時曾經證明過,的確成立),等分圓周、作正多邊形,高斯關於尺規作圖示準的重大發現等等。每一次突破不僅是人類智慧的勝利,使數學園地爭奇競豔,而且有利於科學技術的發展。

特別值得提到的是,在三大幾何難題獲得解決的同時,法國數學家伽羅瓦從一般角度對不可能性問題進行研究,在2023年,19歲的伽羅瓦提出瞭解決這一類問題的系統理論和方法,從而創立了群論。群論是近世抽象代數的基礎,它是許多實際問題的數學模型,應用極其廣泛,而三大幾何作圖難題只不過是這種理論的推論、例題或習題。所以,一般認為三大難題的解決歸功於伽羅瓦理論,可伽羅瓦理論是在他死後14年才發表的,直到2023年,伽羅瓦理論才得到第一次全面清楚的介紹。

3樓:原子假說

在尺規作圖的條件下是無解的,由於三道題都涉及不可公度量。

平面幾何三大難題真的沒有解嗎?

4樓:劉三紅

講到兀應該來說幹百年來人們的認知就出現了問題,其實兀不是無理數,有人認為等於3.1415926……'其實兀是一個有理數,兀等於22/7

5樓:劉傻妮子

在歐氏幾何學,用無刻度的尺規作圖,絕對不能解決這三大難題!

——這是用微積分論證得到的結論。

如果自己能百忙抽暇,不妨看看樑紹鴻先生的《初等數學複習及研究》一書。

6樓:救放假

一定要尺規作圖啊,你沒有尺規作圖吧

數學界三大幾何難題是什麼拜託各位大神

三大幾何難題是怎麼導致近世代數產生的

7樓:

問的太大了,具體點才好解答。

8樓:無知的力量

先找一數學家,然後...問他,然後你就知道結果了!

幾何學有哪三大難題?

9樓:廣西師範大學出版社

第一,化圓為方。在古希臘的時候有一個學者叫做安拉克薩哥拉,有一次,他提出太陽是一個巨大的火球。從現在看來,它絕對符合客觀事實,但在當時,人們都相信神話中的說法,太陽是神靈阿巴羅的化身。

於是安拉克薩哥拉被判定為褻瀆神靈,判處死刑,被投到了牢獄中。

在等待執行的日子裡,他依然在思考著關於宇宙和萬物的問題,當然也包括數學問題。一天晚上,他看到圓圓的月亮,透過正方形的鐵窗照進牢房,他心中一動,想:如果已知一個圓的面積,那麼,怎樣做出一個方來,才能使它的面積恰好等於這個圓的面積呢?

這個問題看似簡單,卻難住了安拉克薩哥拉。在古希臘,對作圖工具進行了限制,只允許使用直尺和圓規。

安拉克薩哥拉一直在思考這個問題,甚至忘了自己是還是一個待處決的犯人。到了後來,受到好朋友伯利克里(當時傑出的政治家)的營救,脫離了牢獄之苦。然而這個問題,他自己沒有能夠解決,整個古希臘的數學家也沒有能解決,成為歷史上有名的三大幾何難題之一。

在之後的兩千多年裡,也有無數的數學對此做了論證,可始終沒有得到答案。

第二,立方倍積。此問題也是幾何三大難題中的一個。相傳,在古希臘的有一個名為第羅斯的小島有一年發生了瘟疫,島上的居民到神廟去祈求宙斯神,詢問該如何免除災難?

許多天過去了,巫師終於傳達了神靈的旨意,原來是宙斯認為人們對他不夠虔誠,他的祭壇太小了。要想免除瘟疫,必須做一個體積是這個祭壇兩倍的新祭壇才行,而且不許改變立方體的形狀。於是人們趕緊量好尺寸,把祭壇的長、寬、高都增加了一倍,第二天,把它奉獻在了宙斯神的面前。

不料,瘟疫非但沒有停止,反而更加流行了。第羅斯島的人民驚慌失措了,再次向宙斯神祈求。巫師再次傳達了宙斯的旨意。

原來新祭壇的體積不是原來祭壇的兩倍,而是八倍,宙斯認為,第羅斯人抗拒了他的意志,因此更加發怒了。當然這只是個傳說,但這個問題至今為止都沒能解答出來確是事實。

其問題就是:僅僅用圓規和沒有刻度的直尺來做一個立方體,使得這個立方體是已知原來的立方體體積的2倍。由於至今沒有人解答,所以它成為了幾何學的第二大問題。

第三,三等分角。這個問題也有一個傳說。據說,在公元前4世紀的時候埃及的亞歷山大城是一座著名的繁榮都城。

在城的近郊有一座圓形的別墅,裡面住著一位公主。圓形別墅的中間有一條河,公主居住的屋子正好建在圓心處。別墅的南北牆各開了一個門,河上建有一座橋。

橋的位置和北門、南門恰好在一條直線上。國王每天賜給公主的物品,從北門送進,先放到位於南門的倉庫,然後公主再派人從南門取回居室。從北門到公主的屋子,和從北門到橋,兩段路恰好是一樣長。

公主還有一個妹妹小公主,國王也要為她修建一座別墅。而小公主提出,自己的別墅也要修得和姐姐的一模一樣。小公主的別墅很快動工了。

可是工匠們把南門建好後,要確定橋和北門的位置的時候,卻發現了一個問題:怎樣才能使北門到居室、北門到橋的距離一樣遠呢?最終工匠們發現,要想要相等的距離,就必需先要解決三等分的這個問題,只要問題可以解決,就能確定橋和北門的位置。

於是工匠們嘗試用直尺和圓規作圖法定出橋的位置,但過了很久,都沒有得到解決,無奈之下,他們只好去請教當時最著名的數學家阿基米德。阿基米德看到這個問題,想了很久。他在直尺上做上了一點固定的標記,便輕鬆地解決了這一問題。

大家都非常佩服他。不過阿基米德卻說,這個問題沒有被真正解決。因為一旦在直尺上作了標記,等於就是為它做了刻度,這在尺規作圖法中是不允許的。

於是這個問題在兩千年來一直困擾著無數的數學家,直到一百多年前,德國數學家克萊因做出了一個無可置疑的證明:只用直尺和圓規,是不可能解決這三個難題的。也就是說,這個問題到目前為止都還沒有得到真正的解決。

平面幾何難題,平面幾何三大難題的三大幾何問題

1.化圓為方 求作一正方形使其面積等於一已知圓 2.三等分任意角 3.倍立方 求作一立方體使其體積是一已知立方體的二倍。平面幾何三大難題真的沒有解嗎?講到兀應該來說幹百年來人們的認知就出現了問題,其實兀不是無理數,有人認為等於3.1415926 其實兀是一個有理數,兀等於22 7 在歐氏幾何學,用無...

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