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三等分任意角可能嗎? (第 10 頁)

曹亮吉

 


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.原載於科學月刊第九卷第四期
.作者當時任教於台大數學系
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倍立方及圓化方也沒有解

根據定理一、二,我們可以舉出許許多多不可用直尺及圓規三等分的角。不但如此,借用這兩個定理,我們可以輕易地證明倍立方一樣是不可能的。若原立方的邊長為 1,而 x 為所要的新立方的一邊,則 x3-2=0。由定理一、二可知這樣的 x 是不可做。

至於圓化方的問題就比較複雜。首先,我們有比定理一更廣泛的定理。

定理三:x 為可做的一個必要條件是 x 為某 2m 次有理係數多項式的根。

我們不想在此證明這個定理。我們只舉一個特殊例子,希望讀者由此大約可以想見一般的情形是怎麼證的。譬如 $x=1+\sqrt{2+\sqrt{3}}$個2階數。移項得 $x-1=\sqrt{2+\sqrt{3}}$。平方得 $(x-1)^2=2+\sqrt{3}$。移項得 $(x-1)^2-2=\sqrt{3}$。平方得 ((x-1)2-2)2=3,整理得 x4-4x3+2x2+4x-2=0。所以x為一有理係數四次方程式的根。一般說來,若xm階數.則x為一2m次有理係數方程式的根。

設圓的半徑長為1,則其面積為圓周率 π。若能圓化方,設 x 為正方形的一邊,則 $x^2=\pi$。若 x 可做,則它的平方 π 也可做,因此根據定理三,π 要為某 2m 次有理係數多項式的根。自古以來,大家對於 π 是否為某一有理係數多項式的根的問題極感興趣。用現代的術語來說,一個有理係數多項式的根稱為代數數,否則為超越數。有理數是代數數;根據定理三,可做數都是代數數。那麼 π 是代數數嗎?1882年,德國數學家林德曼(F. Lindemann)證明了 π 不是代數數而是超越數,因此不可能是可做數。第三大難題也是不可解。

三大難題到1882年就全被證明為不可解了。百年之後還有人傻乎乎地要證其可解,能不令人搖頭嘆息?

   

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編輯:李渭天 / 繪圖:張琇惠 最後修改日期:2/17/2002