等分圆周

更新时间:2023-01-06 10:31

等分圆周是指利用直尺和圆规将圆周n等分,这是一个古老的数学问题。古代希腊数学家利用尺规作图可将圆周分成3,4,5,15等分,并进而将分点逐次倍增,将圆周无限等分。高斯(Gauss,1777-1855)曾证明可用尺规作图将圆周17等分,因而找到了正十七边形尺规作图法。为此,后人把这一图形铭刻在高斯纪念碑上。

简介

等分圆周(circumference in equal parts)是圆内接正多边形的作图问题。若圆周上依次有n个点A1,A2,A3,…,An(n≥2),把整个圆周分成n段相等的弧:

则称点A1,A2,…,An把圆周n等分,简称n等分圆周。除二等分圆周外,用圆规直尺等分圆周与内接正多边形的作图实质是相同的问题。高斯(C.F.Gauss)对等分圆周曾做出巨大贡献。1796年,年仅19岁的高斯根据式子

发现,圆内接正十七边形可用圆规直尺作图。1801年,高斯又研究确定用圆规直尺等分圆周,等分数所应满足的充分必要条件(参见下文“用圆规直尺等分圆周问题”),高斯临终遗言“在墓碑上刻正十七边形”,德国格丁根大学为他建立了一座以正十七棱柱为底座的纪念像。

等分圆周问题

用圆规直尺等分圆周问题是几何学历史中的一个著名问题,能仅用圆规直尺把圆周n等分,当且仅当n是如下形式的整数:

1.n=2m(m为大于1的正整数)。

2.n=2m·p1·p2·…·pk,其中m=0,1,2,…,k=1,2,…,pi为

型的不同素数,这是1801年高斯(C.F.Gauss)证明的,因此,在100以内可以用圆规直尺等分圆周的等分数只有24个:1型的五个为4,8,16,32,64;2型的十九个为3,6,12,24,48,96,5,10,20,40,80,15,30,60,17,34,68,51,85。在什么条件下可以用圆规直尺等分圆周问题,自19世纪初叶被高斯解决以后,仍有许多数学家为此问题着迷。比较有趣的是

是素数时的情形,当t=0,1,2时,n=3,5,17的作图法已经解决。当t=3,4时,n=257,65537,这两个数都是素数,正257边形的作图,于1832年为里歇洛(F.J.Richelot)所完成;赫姆斯(P.Hermes)费了十年的时间才完成正65537边形的作图。关于费马数

是否素数的探讨参见“费马数”。

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