网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

神奇的锈规作图:单用一个只能画单位圆的圆规如何作等边三角形

0
分享至

从古至今,尺规作图一直是数学中备受关注的一个问题。

到现在,数学家们已经比较完美的解决了尺规作图的问题,指出哪些图形可以用尺规作图完成,哪些问题不能用尺规作图解决。

Mohr-Mascheroni定理告诉了我们一个非常令人吃惊的事实:所有用直尺和圆规可以解决的作图问题,只用圆规也能完成。

当然,只用圆规是画不出直线的;但我们可以认为,一条直线已经由两点确定,并不需要画在图上。

数学家们向我们展示了:给定四个点,如何用单规找出它们所确定的两条直线的交点;给定一段圆弧和两个点,如何找出两点确定的直线与圆弧的交点。

注意到这是直尺仅有的功用,用单规全部解决了后直尺也就不需要了。

数学家们还研究过单尺作图:只拿一块直尺到处作直线交过来交过去的又能完成哪些作图问题。

显然,只用直尺是不能开平方的,解析几何告诉我们直线与直线的交点只可能是各系数的一个有理表达,这决定了单尺作图不能替代尺规作图。

Poncelet-Steiner定理告诉我们,假如事先给定了一个圆和它的圆心,以后只用直尺足以完成任何尺规作图能够解决的问题。

昨天,网友浅海里的鱼跟我提到了锈规作图问题,这是我第一次听到这个神奇的东西。

现在,假设我们没有直尺,只有一把生锈的圆规。

圆规已经被卡住了,只能画出单位半径的圆。

在这样的条件下,哪些作图问题仍然能够被解决?

锈规作图相当的困难,但并不是没有可能。

1983年,D. Pedoe教授惊奇地发现,给定两个点A和B,如果它们的距离小于2,我们可以非常简单地作出点C,使得AC = BC = AB(即△ABC为等边三角形)。

先以A、B为圆心分别作圆。

由于它们之间的距离小于2,因此两圆必然相交。

以其中一个交点P为圆心作圆,分别交圆A、圆B于点M、N。

最后,圆M和圆N的交点即为所求点C。

由对称性,△CAB一定是一个等腰三角形。另外,由对称性可知∠ACB=2∠BCP,而圆周角∠BCP的角度又是圆心角∠BNP的一半。

由于△BNP是等边三角形,我们可以立即得到∠ACB=∠BNP=60°,△ABC是一个等边三角形。

D. Pedoe受到启发,提出了以下问题:任给A、B两点,只用锈规是否都能作出C使得AC = BC = AB?

若干年后,侯晓荣等人巧妙地解决了这个问题,并以此为基础,借用复数运算等理论,得到了一个出人意料的结论:从给定两点出发,任何尺规作图能够完成的构造,只用锈规也能完成。

只用锈规作等边三角形的方法相当精彩,我在这里详细地说一下。觉得牛B的话就在下面叫个“好”。

首先,我们介绍锈规的第一个比较明显的用途:找出给定两点A、B的一条由单位长线段首尾相接构成的折线段。

方法不用多说,看上边这个图,从圆A上的任一点出发,我们能够用锈规不断画圆找交点,作出排列成等边三角形的点阵。

总有一个时候,会有某个圆与圆B相交,此时我们所需要的折线段也就找到了。

给出A、B、C三点,我们可以利用这种折线段巧妙地作出平行四边形ABDC。

首先作出从A到B的折线段,再作出从A到C的折线段,然后顺次作出一个个边长为1的菱形,最终得到的点D就是所求的点。

只需注意到菱形都是平行四边形,则四边形ABDC显然是一个平行四边形。

好了,我们已经慢慢地接近我们的目标了。

考虑这样一个作图问题:已知等边△PAB和等边△PCD,能否只用锈规找出点E,使得BDE也是一个等边三角形?

事实上,这个E点恰好就是使得四边形APCE为平行四边形的那个点,借助上面的方法我们可以轻易作出E点的位置。

利用最初等的平面几何知识,我们可以得出,如果APCE是平行四边形,则△BDE必然是一个等边三角形。这个证明相当简单,我们把证明的任务留给大家自己去完成。

有人反应过来了吗?我们的问题已经圆满的解决了!!

回到我们最初的问题,给定A、B两点后,我们可以作出一条由单位长线段构成的折线A – P1 – P2 – … – Pn – B,进而作出n+1个边长为1的等边三角形。

然后,一次次套用作平行四边形的方法,作出T1, T2, …等一系列的点,不断将两个小的等边三角形合成一个大的三角形。

最后的Tn就是我们所求的C点,它使得△ABC恰为一个等边三角形。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
离婚当天婆家摆庆功宴,我在暗处布下天罗网,结账时全家脸都绿了

离婚当天婆家摆庆功宴,我在暗处布下天罗网,结账时全家脸都绿了

城南雪花开
2026-02-25 20:33:23
沃什重创"美元贬值交易"!黄金崩了,比特币重挫,芯片狂欢还能撑多久?

沃什重创"美元贬值交易"!黄金崩了,比特币重挫,芯片狂欢还能撑多久?

华尔街见闻官方
2026-06-25 13:47:19
越闹越大!“走个面”事件讽刺漫画及对话出炉,双方“底裤”被扒

越闹越大!“走个面”事件讽刺漫画及对话出炉,双方“底裤”被扒

火山詩话
2026-06-25 06:37:37
终于有人为韩红发声!网友:只有北京人对她的这次拉票有评价资质

终于有人为韩红发声!网友:只有北京人对她的这次拉票有评价资质

火山詩话
2026-06-26 05:58:59
蒋涛:当一个人 28 天写完 Claude Code,开源开发者的红利去了哪里?

蒋涛:当一个人 28 天写完 Claude Code,开源开发者的红利去了哪里?

CSDN
2026-06-25 21:35:18
估分445查分519!达州一考生高考逆袭,全家激动欢呼致谢母校

估分445查分519!达州一考生高考逆袭,全家激动欢呼致谢母校

封面新闻
2026-06-26 00:08:02
李世民在HK风评很差?为何教科书上全是负面评价?

李世民在HK风评很差?为何教科书上全是负面评价?

小豫讲故事
2026-06-17 06:00:10
普京:乌克兰是前线撑不住才打俄本土

普京:乌克兰是前线撑不住才打俄本土

桂系007
2026-06-23 23:10:03
一碗隔夜米饭毒死7人?医生警告:米饭尽量别这样吃,比砒霜还毒

一碗隔夜米饭毒死7人?医生警告:米饭尽量别这样吃,比砒霜还毒

路医生健康科普
2026-05-31 20:15:03
印尼万万没想到,中方竟这么狠!曾收割中企想拿捏中国,却被反制

印尼万万没想到,中方竟这么狠!曾收割中企想拿捏中国,却被反制

牛锅巴小钒
2026-06-25 19:30:04
163的王祖蓝和175的老婆换裤子穿,一个成人行拖把,一个成7分裤

163的王祖蓝和175的老婆换裤子穿,一个成人行拖把,一个成7分裤

木子爱娱乐大号
2026-06-22 10:21:23
一眼就能看出“家境优渥”的中年女人,大多有3个特质,很准

一眼就能看出“家境优渥”的中年女人,大多有3个特质,很准

大熊欢乐坊
2026-06-25 18:21:14
泰国王室继承人杀出黑马,育坤家族王子血统纯正,也比提帮功聪明

泰国王室继承人杀出黑马,育坤家族王子血统纯正,也比提帮功聪明

照见古今
2026-06-25 18:02:39
龙泉山出现手臂粗菜花蛇,无毒蛇为何被称为百蛇之王?

龙泉山出现手臂粗菜花蛇,无毒蛇为何被称为百蛇之王?

普陀动物世界
2026-06-25 12:07:40
6-15年私家车年检重点!吃透这几点,再也不怕年检返工吃罚单

6-15年私家车年检重点!吃透这几点,再也不怕年检返工吃罚单

老特有话说
2026-06-26 16:23:30
癌症是基因注定的,躲也躲不掉?父母得了5种癌,或遗传给下一代

癌症是基因注定的,躲也躲不掉?父母得了5种癌,或遗传给下一代

39健康网
2026-06-25 08:30:42
67岁王朔现状:一身毛病,爱吃甜食,独自定居北京,拒绝综艺商演

67岁王朔现状:一身毛病,爱吃甜食,独自定居北京,拒绝综艺商演

陈意小可爱
2026-06-26 15:51:05
范志毅说的果然没错!人民日报锐评董路,犀利言论直击球迷心声

范志毅说的果然没错!人民日报锐评董路,犀利言论直击球迷心声

领悟看世界
2026-06-13 00:57:31
A妈直播摊牌!曝光和莫莉真实关系,直言压根不熟,全程只跟着杰森

A妈直播摊牌!曝光和莫莉真实关系,直言压根不熟,全程只跟着杰森

小椰的奶奶
2026-06-26 12:39:00
女演员千万别整容,看《问心2》毛晓彤与张佳宁同框,对比很惨烈

女演员千万别整容,看《问心2》毛晓彤与张佳宁同框,对比很惨烈

娱说瑜悦
2026-06-25 23:25:33
2026-06-26 17:23:00
超级数学建模
超级数学建模
专业数学建模、数据挖掘自媒体
8142文章数 99460关注度
往期回顾 全部

头条要闻

朝鲜领导层重大调整:"反腐少将"被查 赵甬元被"召回"

头条要闻

朝鲜领导层重大调整:"反腐少将"被查 赵甬元被"召回"

体育要闻

三球换里德:森林狼和黄蜂谁更癫?!

娱乐要闻

刘嘉玲想放弃梁朝伟,没有自理能力

财经要闻

悬在科技头上的达摩克利斯之剑

科技要闻

美国政府要求OpenAI分批发布GPT-5.6

汽车要闻

老板们的新座驾!65万元起,尊界V800/V680开启预订

态度原创

本地
游戏
健康
亲子
旅游

本地新闻

2026世界杯全勤太难?这份保姆级攻略请收好

动作肉鸽独游《梦之形》夏促开启限时史低折扣,手游版预约上线TapTap

“无糖汤圆”是否隐藏着健康陷阱?

亲子要闻

1-3岁皮肤娇嫩阶段,换季儿童被怎么选能低敏亲肤不会闷出疹子?

旅游要闻

老一辈都听过的滇王故事,一座古庙串联起整个消失的古滇王国!

无障碍浏览 进入关怀版