在數學的歷史上有三個問題始終以可驚的力量堅廿了兩千多年。初等幾何學到現在至少已有了三千年的歷史,在這期間努力於初等幾何學之發展的學者們曾經遇到過很多的難題,而始終絞著學者腦汁的卻就是這三個問題。問題是「立方倍積」,「化圓為方」和「三等分角」,由於這三個問題的屹立不移,現在就被合稱為「三大問題」。
立方倍積
關於立方倍積的問題有一個神話流傳:當年希臘提洛斯(Delos)島上瘟疫流行,居民恐懼也向島上的守護神阿波羅(Apollo)祈禱,神廟裡的預言修女告訴他們神的指示:“把神殿前的正立方形祭壇加到二倍,瘟疫就可以停止。”由此可見這神是很喜歡數學的。居民得到了這個指示後非常高興,立刻動工做了一個新祭壇,使每一稜的長度都是舊祭壇稜長的二倍,但是瘟疫不但沒停止,反而更形猖獗,使他們都又驚奇又懼怕。結果被一個學者指出了錯誤:「稜二倍起來體積就成了八倍,神所要的是二倍而不是八倍。」大家都覺得這個說法很對,於是改在神前並擺了與舊祭壇同形狀同大小的兩個祭壇,可是瘟疫仍不見消滅。人們困擾地再去問神,這次神回答說:「你們所做的祭壇體積確是原來的二倍,但形狀卻並不是正方體了,我所希望的是體積二倍,而形狀仍是正方體。」居民們恍然大悟,就去找當時大學者柏拉圖(Plato)請教。由柏拉圖和他的弟子們熱心研究,但不曾得到解決,並且耗費了後代許多數學家們的腦汁。而由於這一個傳說,立方倍積問題也就被稱為提洛斯問題。
化圓為方
方圓的問題與提洛斯問題是同時代的,由希臘人開始研究。有名的阿基米得把這問題化成下述的形式:已知一圓的半徑是r,圓周就是2πr,面積是πr2。由此若能作一個直角三角形,其夾直角的兩邊長分別為已知圓的周長2πr及半徑r,則這三角形的面積就是
(1/2)(2πr)(r)=πr2
與已知圓的面積相等。由這個直角三角形不難作出同面積的正方形來。但是如何作這直角三角形的邊。即如何作一線段使其長等於一已知圓的周長,這問題阿基米德可就解不出了。
三等分角
三等分任意角的題也許比那兩個問題出現更早,早到歷史上找不出有關的記載來。但無疑地它的出現是很自然的,就是我們自己在現在也可以想得到的。紀元前五、六百年間希臘的數學家們就已經想到了二等分任意角的方法,正像我們在幾何課本或幾何畫中所學的:以已知角的頂點為圓心,用適當的半徑作弧交角兩的兩邊得兩個交點,再分別以這兩點為圓心,用一個適當的長作半徑畫弧,這兩弧的交點與角頂相連就把已知角分為二等分。二等分一個已知角既是這麼容易,很自然地會把問題略變一下:三等分怎麼樣呢?這樣,這一個問題就這麼非常自然地出現了。
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