立方倍積問題是說作一個立方體,使其體積等于已知立方體的兩倍。這個問題我想了很久,發現無法在有理數域内通過作圖求解,于是我就轉向無理數域去尋找解決的辦法,經過一番思考,我發現當兩個立方體的邊長都是無理數時,就可以通過作圖法求出一個立方體,使它滿足立方倍積的條件。這兩個立方體的邊長分别是根号2和圓周率的二次方根,下面我說一下我的想法和具體操作,為了方便大家閱讀,我先給出下面這張圖。
參考圖1
先作出根号2。圖中,△AOB為直角三角形,AC=1,BC=1,斜邊AB=根号2。圖中所有的長度都用統一标準,即用直尺和圓規畫任意長度為單位長度,以後畫任何線段都要用圓規在單位長度上取值,并通過平行移動等尺規作圖法來作圖。
聲明一下,圖中所有畫法皆為尺規作圖,而不是靠尺子去量的。其次,所有的圖均為示意圖,我隻是想表達立方倍積是如何通過尺規作圖實現的。
直角三角形中斜邊的長度是由直角邊的比例唯一确定的,和把三角形畫多大和畫在什麼地方沒有關系的。
用同樣的方法,作出根号10。根号10也是一個直角三角形的斜邊。
作出圓周率Pi。關于圓周率pi的作法我曾經專門寫過一篇文章發表在頭條上,文章的名稱叫《一起來畫圓為方》,有興趣的朋友可以去看看。
通過作圖法給出的pi值是3.135。
這裡我就不再給出pi值的作圖法了,我要說一下怎麼通過作圖法求出圓周率pi的二次方根。請看下圖。
參考圖2
圖中線段PN的長度=Pi,這和我在《一起來畫圓為方》是求出的Pi是相等的。将線段PN8等分得到線段NA,NA的長度=(Pi÷8),将NA反向延長至A撇點,取NA撇的長度=NA。作A撇P的垂直平分線,交A撇P于B點。PB的長度=A撇P的二分之一,又等于(NP+NP÷8)÷2,PB=1.763438,
線段PB在數值上等于Pi的二次方根,圖中給出了Pi的理論值的二次方根,用作比較。
以線段PB的長度作為立方體A的邊長,作一個立方體A,同時以△AOB的斜邊AB的長度作為立方體B的邊長,作一個立方體B。立方體A就是我們要求的立方體,它的體積等于立方體B的兩倍。如下圖。
參考圖3
至此,我通過三篇文章,分别探索了化圓為方,立方倍積,三等分任意角這三個問題。其中,三等分任意角的精度達到了千分之三,但沒有給出通項公式,使用具有局限性,我是用累減求差法求三等分角的,當年牛頓用累減求差法算出過圓周率Pi,而我們現在用的積分方式是累加求和法,這兩種方法并沒有本質上的區别,但可能一方的精度會更高,尤其中那些難以提高精度的計算可以試試累減求差。
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