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二刻尺作图

二刻尺 (希腊语 neuein)是一种几何作图的工具,在古希腊时期曾经和圆规直尺一样是在尺规作图合法的作图工具。

构造

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二刻尺与一般尺规作图所用的尺不同,尺规作图用的尺上不能有刻度,而二刻尺上有两个刻度。

使用方法

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在尺规作图中,尺被视为可以画无限直线的工具,但只能用来将两连接起来。而二刻尺除了可以将两点连接起来,还有以下用法,假设尺上的两刻度距离为a,有两条线lm和点P,可以用二刻尺找到一条通过P的直线,使得此直线与l和m的交点距离为a

如图,有两条线lm和点P。可以将尺与点P对齐,并让其中一个刻度保持在l(图中黄点)上,慢慢转动尺,直到另一个刻度碰到m(图中蓝点),此线即为所求(图中深蓝色线)。

几何作图

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二刻尺可以解出单用直尺和圆规无法解决的问题,例如三等分角正七边形

 
用二刻尺做三等分角

三等分角

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  • 已知角a,以B点为圆心,二刻尺刻度间距为半径画圆。
  • 角a的两边其中一边交圆于A点,并画另一边的延长线
  • 将二刻尺固定在A点,并将两刻度一个移到圆上,另一个移到角a一边的延长线上,分别称为C点和D点。
  • 角b即为角a的三等分角。


 
用二刻尺作正七边形

正七边形

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  • 以二刻尺刻度的间距画正方形CDEF。
  • 以E点为圆心,CE为半径画圆E。
  • 做DE的中垂线
  • 将二刻尺固定在D点,并将两刻度一个移到圆E上,另一个移到DE的中垂线上,分别称为B点和A点。
  • 三角形ADE的外接圆O。
  • 以二刻尺刻度的间距为半径,画出G、H、I、J四点。
  • D、E、G、H、A、I、J七点即为正七边形。


 
用二刻尺作倍立方

倍立方

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  • 以二刻尺刻度的间距做AB=BC=CA=BD,且A、B、D共线。
  • 将二刻尺固定在A点,并将两刻度一个移到CD的延长线上,另一个移到BC的延长线上,分别称为G点和H点。
  • AG的长度就是二刻尺刻度的间距的 倍。


二刻尺的没落

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数学史学家T. L. Heath认为希腊数学家恩诺皮德斯[1](公元前440年左右)是第一个把圆规和直尺的地位提高的人。这种避免使用二刻尺的理念多少影响了同一时期、同一座岛上的Hippocrates of Chios[2](公元前430年左右)。100年后欧几里得在他的著作中也尽量避免使用二刻尺作图。

公元前四世纪,受到柏拉图唯心主义影响,尺规作图被分成三个等级。这三个等级分别是:

  1. 只用圆和直线作图(一般的尺规作图)。
  2. 除了圆和直线,允许使用圆锥曲线作图(椭圆抛物线双曲线)。
  3. 使用其他方法作图(例如:二刻尺、阿基米德螺线)。

二刻尺被放再第三级是因为它可以解决前两级所不能解决的问题[3],因此二刻尺被当成解决问题的最终手段,这种简单而有力的作图工具也逐渐被当成不正当的作图工具。希腊数学家Pappus of Alexandria(公元前325年左右)认为:“这是一个不小的错误(a not inconsiderable error)”。

注解

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  1. ^ 恩诺皮德斯是最早提出尺规作图原则的人
  2. ^ Hippocrates of Chios是我们目前所知第一个将几何作图条理化的人
  3. ^ 直尺、圆规和圆锥曲线最多只能解决二次方程的题目,而二刻尺至少可以解决三次方程的题目

参见

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外部链接

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