十七等分圓

十七等分圓

十七等分圓是指尺規作圖正十七邊形。曾是一個遺留很久的難題,後來被高斯解開

尺規作法

步驟一:

給一圓O,作兩垂直的半徑OA、OB,

在OB上作C點使OC=1/4OB,

在OA上作D點使∠OCD=1/4∠OCA,

作AO延長線上E點使得∠DCE=45度。

步驟二:

作AE中點M,並以M為圓心作一圓過A點,此圓交OB於F點,

再以D為圓心,作一圓過F點,此圓交直線OA於G4和G6兩點。

步驟三:

過G4作OA垂直線交圓O於P4,

過G6作OA垂直線交圓O於P6,

則以圓O為基準圓,A為正十七邊形之第一頂點P4為第四頂點,P6為第六頂點。

連線P4P6,以1/2弧P4P6為半徑,在圓上不斷截取,即可在此圓上截出正十七邊形的所有頂點。

歷史

最早的十七邊形畫法創造人為高斯。高斯(1777~1855年),德國數學家、物理學家和天文學家。在童年時代就表現出非凡的數學天才。三歲學會算術,八歲因發現等差數列求和公式而深得老師和同學的欽佩。1799年以代數基本定理的四個漂亮證明獲得博士學位。高斯的數學成就遍及各個領域,其中許多都有著劃時代的意義。同時,高斯在天文學、大地測量學和磁學的研究中也都有傑出的貢獻。

1801年,高斯證明:如果k是質數的費馬數,那么就可以用直尺和圓規將圓周k等分。高斯本人就是根據這個定理作出了正十七邊形,解決了兩千年來懸而未決的難題。

道理

當時,如果高斯的老師告訴了高斯這是道2000多年沒人解答出來的題目,高斯就不會畫出這個正十七邊形。這說明了你不怕困難,困難就會被攻克,當你懼怕困難,你就不會勝利。

正十七邊形的證明方法

正十七邊形的尺規作圖存在之證明:

設正17邊形中心角為a,則17a=360度,即16a=360度-a

故sin16a=-sina,而

sin16a=2sin8acos8a=4sin4acos4acos8a=16sinacosacos2acos4acos8a

因sina不等於0,兩邊除之有:

16cosacos2acos4acos8a=-1

又由2cosacos2a=cosa+cos3a等,有

2(cosa+cos2a+…+cos8a)=-1

注意到 cos15a=cos2a,cos12a=cos5a,令

x=cosa+cos2a+cos4a+cos8№a

y=cos3a+cos5a+cos6a+cos7a

有:

x+y=-1/2

又xy=(cosa+cos2a+cos4a+cos8a)(cos3a+cos5a+cos6a+cos7a)

=1/2(cos2a+cos4a+cos4a+cos6a+…+cosa+cos15a)

經計算知xy=-1

又有

x=(-1+根號17)/4,y=(-1-根號17)/4

其次再設:x1=cosa+cos4a,x2=cos2a+cos8a

y1=cos3a+cos5a,y2=cos6a+cos7a

故有x1+x2=(-1+根號17)/4

y1+y2=(-1-根號17)/4

最後,由cosa+cos4a=x1,cosacos4a=(y1)/2

可求cosa之表達式,它是數的加減乘除平方根的組合, 故正17邊形可用尺規作出

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