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三等分任意角可能嗎? (第 11 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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更改規定

讀者也許不服氣,問道:「為什麼要把直尺及圓規的使用限定得那麼死?用其他的規定來三等分一角不是也很好嗎?」不錯,用其他的規定也不壞。但數學的基本精神是先有了規定,才根據規定來談如何解問題或談問題是否可解。所謂三大難題,工具的使用規定就是那麼死,如果規定改了,則變成其他問題,再也不是所謂的三大難題了。就像玩象棋,規定象不能過河;若規定可以飛象過河,則成了另一種遊戲了。另一種遊戲好不好?只要有趣就值得玩玩。那麼三等分一角呢?從古以來就不斷有人改變規定,如用輔助工具(如例一,有刻度的直尺可視為輔助工具。),用輔助曲線(加例二)或使用趨近法(如例三)等。用新規定所得的數學知識及對其他數學的貢獻也不少,但就是因為原先死硬規定的題目最難、所以使人努力了兩千年之久。如果只用圓規或只用直尺如何?這方面也早有人研究過,也早就成定案。若只用圓規,意大利數學家馬歇羅尼(Mascheroni, 1750∼1800)有個令人難以置信的答案:凡用直尺及圓規能做的,只用圓規也能做。(圓規當然不能畫直線;我們說圓規能做直線意即能做該直線上的兩點。)只用直尺呢?當然只用直尺,由單位長出發只能做出單位長的有理倍數長的線段,但德國數學家史坦納(J. Steiner, 1796∼1863)卻有如下的定理:給定一個圓,則只用直尺可做出任何用直尺及圓規可做出的線段。換句話說,若圓規與直尺合用,圓規只用一次就夠了。

本文所談可做數的觀念也可以用來談論其他的做圖問題,如等分圓等。由於篇幅所限只能點到為止。

一般的做圖討論(包括三大難題、等分圓等)可參考 Courant 及 Robinson 合著的《數學是什麼》(what is mathematics) 一書。關於輔助曲線、輔助工具及趨近法,R. Yates 的書《三分角問題》(The trisection problem) 有非常精彩而且詳盡的討論。

註一:《數學是什麼》一書國內有兩種譯本出售。以水牛出版社用《數學導論》做書名吳定遠譯的較佳。
註二:商務人人文庫(561)《幾何三大問題》。

   

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編輯:李渭天 / 繪圖:張琇惠 最後修改日期:2/17/2002