正方形算表面积的公式(立方倍积作图)
立方倍积问题是说作一个立方体,使其体积等于已知立方体的两倍。这个问题我想了很久,发现无法在有理数域内通过作图求解,于是我就转向无理数域去寻找解决的办法,经过一番思考,我发现当两个立方体的边长都是无理数时,就可以通过作图法求出一个立方体,使它满足立方倍积的条件。这两个立方体的边长分别是根号2和圆周率的二次方根,下面我说一下我的想法和具体操作,为了方便大家阅读,我先给出下面这张图。
参考图1
先作出根号2。图中,△AOB为直角三角形,AC=1,BC=1,斜边AB=根号2。图中所有的长度都用统一标准,即用直尺和圆规画任意长度为单位长度,以后画任何线段都要用圆规在单位长度上取值,并通过平行移动等尺规作图法来作图。
声明一下,图中所有画法皆为尺规作图,而不是靠尺子去量的。其次,所有的图均为示意图,我只是想表达立方倍积是如何通过尺规作图实现的。
直角三角形中斜边的长度是由直角边的比例唯一确定的,和把三角形画多大和画在什么地方没有关系的。
用同样的方法,作出根号10。根号10也是一个直角三角形的斜边。
作出圆周率Pi。关于圆周率pi的作法我曾经专门写过一篇文章发表在头条上,文章的名称叫《一起来画圆为方》,有兴趣的朋友可以去看看。
通过作图法给出的pi值是3.135。
这里我就不再给出pi值的作图法了,我要说一下怎么通过作图法求出圆周率pi的二次方根。请看下图。
参考图2
图中线段PN的长度=Pi,这和我在《一起来画圆为方》是求出的Pi是相等的。将线段PN8等分得到线段NA,NA的长度=(Pi÷8),将NA反向延长至A撇点,取NA撇的长度=NA。作A撇P的垂直平分线,交A撇P于B点。PB的长度=A撇P的二分之一,又等于(NP+NP÷8)÷2,PB=1.763438,
线段PB在数值上等于Pi的二次方根,图中给出了Pi的理论值的二次方根,用作比较。
以线段PB的长度作为立方体A的边长,作一个立方体A,同时以△AOB的斜边AB的长度作为立方体B的边长,作一个立方体B。立方体A就是我们要求的立方体,它的体积等于立方体B的两倍。如下图。
参考图3
至此,我通过三篇文章,分别探索了化圆为方,立方倍积,三等分任意角这三个问题。其中,三等分任意角的精度达到了千分之三,但没有给出通项公式,使用具有局限性,我是用累减求差法求三等分角的,当年牛顿用累减求差法算出过圆周率Pi,而我们现在用的积分方式是累加求和法,这两种方法并没有本质上的区别,但可能一方的精度会更高,尤其中那些难以提高精度的计算可以试试累减求差。
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