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數(shù)學(xué)故事:日神提出的難題

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 文章作者:匿名 2009-03-09 20:37:36

  傳說(shuō)在公元前4世紀(jì),古希臘的雅典流行一種病疫,為了消除災(zāi)難,雅典人向日神求助。日神說(shuō):“如果要使病疫不流行,除非把我殿前的立方體香案的體積擴(kuò)大一倍。”這個(gè)條件使雅典人很高興,他們認(rèn)為這是容易做到的,于是把舊香案的各棱放大一倍,做了一個(gè)新的立方體香案。然而疫勢(shì)反而更加猖獗。當(dāng)雅典人再去祈禱日神時(shí),他們才知道新香案的體積并不是舊香案的兩倍。這就難住了當(dāng)時(shí)的人們,連最有名的學(xué)者柏拉圖也感到無(wú)能為力。

  這就是幾何作圖中著名的倍立方體問(wèn)題。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表達(dá),就是:“已知一方立體,求作另一方體,使它的體積等于已知立方體的兩倍。”這一問(wèn)題與三等分角問(wèn)題、化圓為方問(wèn)題,構(gòu)成了初等幾何作圖中的三大作圖不能問(wèn)題。

  倍立方體問(wèn)題之所以不能解決,是因?yàn)樽鲌D時(shí)只能使用圓規(guī)和無(wú)刻度的直尺。這是古希臘人對(duì)作圖的要求。歐幾里德還在他的《幾何原本》中,明文提出幾何作圖的規(guī)定:在作圖時(shí)只能用直尺和圓規(guī),這種直尺是沒(méi)有刻度的,只能用來(lái)“過(guò)兩點(diǎn)作直線(xiàn)或延長(zhǎng)線(xiàn)段”。圓規(guī)只能作圓或畫(huà)弧。而且任何作圖題中只能有限次地使用直尺和圓規(guī),這一規(guī)定一直延續(xù)至今,利用直尺、圓規(guī)可以作三種基本圖形:畫(huà)線(xiàn)、作圓、求交點(diǎn)。凡是能由這三種基本技術(shù)經(jīng)過(guò)有限次復(fù)合而成的圖形才算是用直尺和圓規(guī)作圖,否則就是作圖不能問(wèn)題。倍立方體問(wèn)題就是如此,假設(shè)已知立方體的棱長(zhǎng)是1個(gè)單位,那么這個(gè)立方體的體積便是1的3次方等于1。根據(jù)需求,要求作的立方體的體積是原立方體的兩倍,即1×2=2,所以求作的立方體的棱長(zhǎng)為2的立方根這一個(gè)無(wú)理數(shù),通過(guò)有限次畫(huà)線(xiàn)、作圓、求交點(diǎn)是無(wú)法作出長(zhǎng)為2的3次根的線(xiàn)段的,所以倍立方體問(wèn)題是不可能用直尺和圓規(guī)來(lái)解決的。

 

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