尺規(guī)作圖簡史:“規(guī)”就是圓規(guī),是用來畫圓的工具,在我國古代甲骨文中就有“規(guī)”這個字.“矩”就像現(xiàn)在木工使用的角尺,由長短兩尺相交成直角而成,兩者間用木杠連接以使其牢固,其中短尺叫勾,長尺叫股.矩的使用是我國古代的一個發(fā)明,山東歷城武梁祠石室造像中就有“伏羲氏手執(zhí)矩,女媧氏手執(zhí)規(guī)”之圖形.矩不僅可以畫直線、直角,加上刻度可以測量,還可以代替圓規(guī).甲骨文中也有矩字,這可追溯到大禹治水(公元前2000年)前.《史記》卷二記載大禹治水時“左準繩,右規(guī)矩”.趙爽注《周髀算經(jīng)》中有“禹治洪水,……望山川之形,定高下之勢,……乃勾股之所由生也.”意即禹治洪水,要先測量地勢的高低,就必定要用勾股的道理.這也說明矩起源于很遠的中國古代.春秋時代也有不少著作涉及規(guī)矩的論述,《墨子》卷七中說“輪匠(制造車子的工匠)執(zhí)其規(guī)矩,以度天下之方圓.”《孟子》卷四中說“離婁(傳說中目力非常強的人)之明,公輸子(即魯班,傳說木匠的祖師)之巧,不以規(guī)矩,不能成方圓.”可見,在春秋戰(zhàn)國時期,規(guī)矩已被廣泛地用于作圖、制作器具了.由于我國古代的矩上已有刻度,因此使用范圍較廣,具有較大的實用性.古代希臘人較重視規(guī)、矩在數(shù)學中訓(xùn)練思維和智力的作用,而忽視規(guī)矩的實用價值.因此,在作圖中對規(guī)、矩的使用方法加以很多限制,提出了尺規(guī)作圖問題.所謂尺規(guī)作圖,就是只有限次地使用沒有刻度的直尺和圓規(guī)進行作圖.古希臘的安那薩哥拉斯首先提出作圖要有尺寸限制.他因政治上的糾葛,被關(guān)進監(jiān)獄,并被判處死刑.在監(jiān)獄里,他思考改圓成方以及其他有關(guān)問題,用來打發(fā)令人苦惱的無所事事的生活.他不可能有規(guī)范的作圖工具,只能用一根繩子畫圓,用隨便找來的破木棍作直尺,當然這些尺子上不可能有刻度.另外,對他來說,時間是不多了,因此他很自然地想到要有限次地使用尺規(guī)解決問題.后來以理論形式具體明確這個規(guī)定的是歐幾里德的《幾何原本》.由于《幾何原本》的巨大影響,希臘人所崇尚的尺規(guī)作圖也一直被遵守并流傳下來.由于對尺規(guī)作圖的限制,使得一些貌似簡單的幾何作圖問題無法解決.最著名的是被稱為幾何三大問題的三個古希臘古典作圖難題:立方倍積問題、三等分任意角問題和化圓為方問題.當時很多有名的希臘數(shù)學家,都曾著力于研究這三大問題,雖然借助于其他工具或曲線,這三大難題都可以解決,但由于尺規(guī)作圖的限制,卻一直未能如愿以償.以后兩千年來,無數(shù)數(shù)學家為之絞盡腦汁,都以失敗而告終.直到1637年笛卡爾創(chuàng)立了解析幾何,關(guān)于尺規(guī)作圖的可能性問題才有了準則.到了1837年萬芝爾首先證明立方倍積問題和三等分任意角問題都屬于尺規(guī)作圖不可能問題.1882年林德曼證明了π是無理數(shù),化圓為方問題不可能用尺規(guī)作圖解決,這才結(jié)束了歷時兩千年的數(shù)學難題公案.
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