1、拿破仑的四等分圆 问题拿破仑虽然是位军事家,但他与当时的许多法国知名数学家,如拉格朗日,拉普拉斯等交往都颇密切,一次拿破仑问拉普拉斯:“我读了您不少的大作,我对您在您的书中竟然一次都不提上帝很不理解,您能解释一下吗?”拉普拉斯不客气地回答:“陛下,我不需要那个假设。 ”对拉普拉斯的傲慢态度,拿破仑却并未发火,仍给了他很多的荣誉与职位,从这一点看,拿破仑倒颇有一点“尊重知识,尊重人材”的大将风度。拿破仑尽管忙于打仗,但仍经常与数学家们讨论数学,有一次,拿破仑就提出这样一个问题:“给出一个圆,只准用圆规,把圆周四等分”。大家知道,几何作图题是规定只准使用圆规与无刻度的直尺来完成的,这两种工具的功能
2、规定为:(1)已知圆心及半径,用圆规作圆。(2)已知两点,用直尺作过这两点的直线。(3)已知两圆,或已知两直线,或已知一圆及一直线,找出它们的交点。另外还限制只准有限次地使用这两种工具,逐步作出所需图形,如果不准使用直尺,只准使用圆规来完成作图,就是“圆规几何学”的内容,或称为“单用圆规的作图问题”。如果补充规定用圆规“画直线”可以理解为:“若已知直线上两点,则可画出直线上任意多个点。”那么,可以证明:能用圆规与直尺完成的图,都可用圆规单独完成。例 1,作一线段等于已知线段的任意整数倍。由于圆规很容易把一个(圆心已知的)已知圆 6 等分,利用这一点即可完成本作图。如图,已知线段为 AB,以 B
3、 为圆心,BAa 为半径作圆,以 A 为一个分点,把圆 B 六等分,与 A 相对的分点为 C,则 AC=2AB。如此下去,就可以把已知线段延长任意整数值。例 2,把已知线段 AB 分成 n 等分(n2 为整数)。以 n3 为例,由上题可知,可以作出点 C,使点 C 在 AB 延长线上且使 AC3AB。以 C为圆心 CA 为半径画圆,再以 A 为圆心,AB 为半径画圆,两圆交点之一为 D,以 D 为圆心,AB 为半径画圆,交 AB 于 M,证明:ACD、ADM 均为等腰三角形,且有一个底角公用,于是ACDADM,于是ACAD=ADAM 但 AC=3AD,于是可得 AD=3AM 即 AM= AB。31下面来看看拿破仑的“单用圆规四等分圆”的问题如何解决?作法:取已知圆 O 上任一点 A,以 A 为一个分点把O 六等分,分点依次为A、B、C、D、E、F(如图)。分别以 A、D 为圆心,AC、BD 为半径作圆交于 G,以 A 为圆心,OG 为半径作圆,交O 于 M、N,则 A、M、D、N 即四等分O 的圆周。