尺規(guī)作圖及尺規(guī)作圖不可能問題
這個問題是一波回憶殺(可能僅對于我來說),曾經(jīng)我也幻想過化圓為方,但我發(fā)現(xiàn)π的長度似乎無法用尺規(guī)作圖作出,于是,天真的大腦里萌生了關于一條可以表示圓面積變化的曲線(后來我知道就是圓積線)。而最近,受到“解幾”的啟發(fā),現(xiàn)在可以對這個問題給出一個解答
證明分為兩步,最后還會給出正多邊形的構造原理
一、尺規(guī)作圖的可做點
所謂可做點是指利用已知點,作出有限(或無限)直線和圓所產(chǎn)生的交點,畢竟這樣的點才具有尺規(guī)作圖意義。因為要討論可作點性質,我們引入坐標軸,見下圖(一個坐標軸的誕生)

說其不完整,實際上是因為由這種方法只能作出以下的點:
(1)所有整數(shù)格點(2)所有有理數(shù)格點(3)所有偶數(shù)次根數(shù)格點
下面證明只能做出這些性質的點



(注:“三個性質指上文提到到的三個性質”)
二、尺規(guī)作圖三大不能問題不可能性證明

就這么淺顯的證完了,但其實有一些細節(jié)并沒有解決:
(1)π是超越數(shù)的證明(2)三倍角公式和一般三次方程求根公式的證明
但這些問題與本篇內容有一定偏離,在這里不多贅述
三、正奇數(shù)多邊形的作圖
以正十七邊形為例,即要解決正十七邊形一個角的余弦值,給出一個算法證明如下

這顯然不是我編輯的,但我確實算過一遍(草稿本為證好吧),以上結果滿足三個性質,可由有限次操作作出(操作指對線段的五則運算)
同理地,我猜測所有滿足2^(2^k)+1且為質數(shù)的多邊形都可由尺規(guī)作圖作出(因為畢竟3、5、17都滿足這個性質,這是合理猜測),我上網(wǎng)搜了一下,發(fā)現(xiàn)這個結論對但不完全對,這種數(shù)叫做高斯素數(shù),目前只發(fā)現(xiàn)了5個,所有高斯素數(shù)的一次乘積仍然滿足該性質(即15、51等數(shù)滿足),如今有人猜測尺規(guī)作圖可作正奇數(shù)多邊形有有限個,但并沒有給出證明
好了,本期到此為止,期待你可以解決第六個高斯素數(shù)或只有5個高斯素數(shù)的證明