环球观速讯丨化圆为方的低阶版——“化多为方“

众所周知,由于π是一个超越数,即不是任意一个有限项有理系数多项式方程的解,也就无法得到,进而否定了尺规作图化圆为方的的可能性


(资料图片)

注:π是

的解,但由于这是个拥有无限项的多项式,故不能证明π是代数数

但,虽然化圆为方无法做到,我们却能做到化圆为方的低阶版——“化多为方”,即对于任意一个多边形(不论是凸多边形或凹多边形),我们都能将其用尺规作图转化为面积与之一致的正方形

首先,对于任一多边形,显然可以将其划分为若干个三角形

其次,对于其中一个ΔABC,作出与AB平行的中位线B'A',过C作B'A'的垂线交B'A'与点H,将ΔABC分解为梯形AB'A'B;ΔB'HC和ΔA'HC,而由于B'A'是ΔABC的中位线,我们可以重新拼接这三部分成与原三角形面积一致的长方形(如图)

然后,令现长方形的长宽分别为a,b,则其面积为ab,要作出对应的正方形,即作出长度为的线段,其作法如下图所示:

其中曲线是以AB为直径的圆,CD⊥AB

容易知道:

ΔACD∽ΔCBH

既有:

交差相乘得到:

即:

截至目前,我们已经将原多边形转化为了若干个边长为h_1,h_2,...,h_n的正方形,接下来就需要将这若干正方形合并为一个大正方形,这步所需要的操作只是反复使用勾股定理,即通过构造直角三角形,将正方形两两合并,最终得到与原多边形面积相同的正方形

关键词: 勾股定理 尺规作图 凸多边形 众所周知

编辑: MO
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