尺规作图,如何把一个角平均分成三份

问题描述:

尺规作图,如何把一个角平均分成三份

一般的角是不能用尺规三等分的。特殊的除外。证明过程如下:如何证明尺规作图三等分一个角是不可能问题? 

1).先说明尺规作图可能问题: 

  一个作图题中的所作的未知量,若能由若干已知量经过有限次的有理运算及开平方算出时,这个作图题便能由尺规作出。 

2).定理: 

  一个一元三次方程若它没有有理根,则长度等于它的任何实数根的线段是不能用尺规作出的。 

3).证明尺规作图三等分任意角是不可能的: 

  如图:设已知角为3a ,平分后的每一个角为a ,作单位圆交角于A、B、C 

过B作BD⊥OA于D,过C作CE⊥OA于E ,

 

令OD=m ,OE=x ,则m=cos(3a) ,x=cosa ,代入三角恒等式中: 

cos(3a)= 4*(cosa)^3 - 3*cosa 得:4x^3 -3x -m = 0 

由于在一般的情况下4x^3 -3x -m = 0 不是都有有理根(艾森斯坦因判别法) 

所以根据上面的定理,任意三等分角用尺规作出是不可能的。 

另一个证明思路:

使用直尺作图等价于写出二元一次方程,使用圆规约略等价于写出二元二次方程,得到交点等价于解出二元二次方程组方程组,这个解一定是有理数(少数)或二次根数(多数)。 

三等分角等价于已知已知一个角的三角函数值,要求这个角的三分之一的三角函数值。例如已知s=tan3A 求x=tanA. 

因为tan3A=[3tanA-(tanA)^3]/[1-3(tanA)^2] 

可以得到: x^3- 3sx^2-3x+s=0. 

要解这个方程,一般地使用三次方程求根公式(Cardan formnla).(简单的不用)使用这个得出的根一般的是三次根数(极少数是有理数)。只使用二次方程是无法得到的。所以在一般情况下只用尺规三等分角是不可能的。

跳不出尺规作图的框框,这叫不可能!

就算爱因斯坦在世也要算几百年 (除了特殊角180,135,90,45,30~15的倍数) 那样的由于知道角的度数就不算是3等分任意角了

除了180,135,90等特殊角度以外是不能用尺规作图三等分的,这个命题以及有人证出来了.