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“倍立方體”與“化圓為方”作圖法

“倍立方體”與“化圓為方”作圖法

古代數(shù)學(xué)史上有三大難題(倍立方體、方圓、三分角)。
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這是三個作圖題,只使用圓規(guī)和直尺求出下列問題的解,直到十九世紀被證實這是不可能的:

1.倍立方體,即求作一立方體的邊,使該立方體的體積為給定立方體的兩倍。

2.三等分角,即分一個給定的任意角為三個相等的部分。

3.化圓為方,即作一正方形,使其與一給定的圓面積相等。

系統(tǒng)分類:文化     個人分類:我的科學(xué)探索      關(guān)鍵詞: 倍立方體 化圓為方 作圖法
    在“尺規(guī)作圖三大難題”中,我已給出了銳角三等份法作圖,但是另外兩個作圖方法也是同樣可以實現(xiàn)的,它們就是“倍立方體”和“畫圓為方”,在沒有刻度尺子下如何實現(xiàn)呢?­

            1、“化圓為方作”圖法:

             其問題宗旨是“任意給出一個圓,在沒有刻度尺規(guī)下,作出一個正方形正好和這個圓面積相等”。很顯然,我們的作圖依據(jù)必須建立在這個圓的大小基礎(chǔ)之上,并找到一個通用的作圖形式來完成這個命題!­

作圖證明:如[圖2]

         

        任意畫個圓,其半徑為R,那么我在這里套用我的一個“吳氏勾股月牙”作鋪墊,得出“任何一個直角三角形的三個月牙(陰影部分)有,兩個直邊月牙面積(S)之和,等于斜邊月牙面積”。即­

               SA+SB=SC­

       同時它們以圓心(O)點在三角形外面三個弧線所切面積有:­

                 Sa+Sb=Sc­

          那么我們看到,在一個圓中取一個最大三角形后,取直徑KS,它們在直角邊上的小月牙兩個部分正好把這個最大內(nèi)部正方形一分為二,左右面積相等。

          由于這個內(nèi)部正方形在兩是等腰直角三角形,所以它的兩個直邊上的小月牙面積相等,因此兩個月牙最高點正是它們直角平分線OA=OC,以此長度,可以尺規(guī)卡距,或延長線作出一個正方形AOCB,而它正好等于這個圓面積。

           因為OA和OB不但平分了月牙和內(nèi)部扇形,同時又夠成一個直角,而這個1/2面積正好包在其中,連接起來正好為一個完整正方形面積。­

            2、“倍立方體”作圖法:

           在作這個圖前我們先找出問題起源,據(jù)說是一個國王先建好了一個立方體的墓碑,后來因何原因突然想把它體積增大到原體積一倍,那么在沒有刻度尺規(guī)可以完成嗎?­

          很顯然這個問題非常棘手,但是我們還是要用前面思路來完成,就是依原體積為基礎(chǔ),進行多手段來共同完成,不利用尺規(guī)刻度并不代表不可以用取樣作圖的定值方法。­

           作圖流程:一、將這個立方體上下四個面交叉連接,如(圖3)   那么它們會在中心共同相交于一個o點,從而構(gòu)成6個正四邊形錐體。

     

    

            二、取出其中一個正四邊形錐體,做一個同樣大小的容器,或者它是個實心體;在這個容器中裝滿水,或者把這個實心體放入一個裝滿水容器中,收集它沉下后排出水量。

           三、把這兩個方法收集到的,其中一個容器水倒入在一個平面錐體上的四條交叉延長線為成容器上。    

         四、在這個容器上就會增加相應(yīng)高度,原來AD邊長增加FE,用FE作為新正方體的邊長進行尺規(guī)作圖,得出的新正方體就等于原體積2倍。

         因為正方體所有邊都相等,所以我們用其1/6體積水專化為一個面高度或邊長求證非常容易和簡單,避免了數(shù)據(jù)開方等運作形成的不易確定麻煩。  
 
 
我的科學(xué)思想發(fā)展的歷程 2008-11-06 12:40:12

本文將以時間為序,紀錄作者(吳鴻邦)在科學(xué)知識上的‘異域’發(fā)現(xiàn)之旅。作為自己的著作《統(tǒng)一論》的完善探索史和發(fā)展史。望讀者進行點批評。
     1987年:三月發(fā)現(xiàn)了平方數(shù)是可以象七巧板一樣自由的組合,并命名為“平方拆裂定理”,并建立了相應(yīng)的運算符號。
     同年7月發(fā)現(xiàn)了“素數(shù)尺”的數(shù)學(xué)機構(gòu)公式的兩種存在的狀態(tài),這為后來的“哥德巴赫猜想”的證明提供了先決條件。并打破了長期以來人們認為素數(shù)是無序和沒有周期的看法。為“素數(shù)尺”的擴展提供了基礎(chǔ)。
    1988年:首次發(fā)現(xiàn)了整數(shù)“勾股組”的同步量子公式,并研究了它在不同的數(shù)學(xué)環(huán)境的機里中的演變和規(guī)律,并成功證明了整數(shù)“勾股組”有無窮多組的結(jié)論,結(jié)束了人們?yōu)榇说臓幷摗?br>   同年6月開始了平方組之間的相鄰關(guān)系的互動研究,提出了相應(yīng)的公式運算法   1990年:年底證明了“雙生素數(shù)對”有無限多組的猜想是正確的,開始進入“。
哥德巴赫猜想”的數(shù)表的初步建立。提出了“交布公式”、“尾數(shù)定義”“區(qū)域?qū)?yīng)原則”。。。。。
  1991年:提出了素數(shù)的分布中的“空列補充學(xué)說”和“奇因遺傳數(shù)公式”并進行了初步的結(jié)構(gòu)分析,開始完善“素數(shù)尺”的理論平臺。
   同年9月進入了“素數(shù)尺”的機動原理的研究,希望通過制作來實現(xiàn)篩選原理的試探。后來工作因其他原因停止。
  1993年:完善了“奇因遺傳數(shù)公式”的表格的全部建立的區(qū)域過程。提出了它在“哥德巴赫猜想”中又兩個素數(shù)到48個素數(shù)的同步和異步的循環(huán)邊界值,并命名為“吳氏邊界”但此過程由于工作量特別大,運算量特別多而停止,并提出了“在任何一個證明和沒有證明的猜想中都存在一個證明平臺和邊界的原則”的猜想。這為后來的學(xué)科完善起到了很大的促進作用。
  1994年:2月發(fā)現(xiàn)了開普列提出的“行星運動第二大定律”的數(shù)學(xué)演繹的規(guī)律,推廣了它的數(shù)學(xué)公式機構(gòu),5月提出了關(guān)于宇宙的有關(guān)猜想,并轉(zhuǎn)入天文學(xué)和地理數(shù)學(xué)的創(chuàng)立和研究。提出了學(xué)科之間存在的聯(lián)系很可能是“三項”的過渡關(guān)系,提出了月球可能來自地球的分裂的數(shù)學(xué)推理的證明,并取得了很好的吻合。8月發(fā)現(xiàn)了宇宙在太陽系中存在“鏡像關(guān)系”和“置換原則”,并進行了數(shù)學(xué)的分析和提出宇宙量子的空間形態(tài)。
     10月提出了學(xué)科之間可能存在經(jīng)典意義上的大統(tǒng)一,并認為數(shù)學(xué)是統(tǒng)一所有學(xué)科的最后模式的猜想。開始了學(xué)科統(tǒng)一方面的研究。
    12月,提出了大陸板塊的漂流是有規(guī)律的,并推出了速度公式,等等結(jié)果原理。提出了火山、地震之間的關(guān)系和可以提前預(yù)測的猜想,建立了相應(yīng)的理論和模型。
   1995年:發(fā)現(xiàn)了“鏡像公式”,并提出了“宇宙輻射背景”與“黑洞吞蝕效應(yīng)”之間的數(shù)學(xué)公式的轉(zhuǎn)變。為數(shù)學(xué)和物理學(xué)之間的連接提供了幫助。
   3月推導(dǎo)出了“星系的螺旋是由于兩種加速狀態(tài)同時存在的原因形成的”并發(fā)現(xiàn)了公式證明了美國天文學(xué)家魯賓等人研究的結(jié)果是相符合的,就是星系之中恒星外圍的速度比它內(nèi)部恒星的速度快。并說明在此公式中“超光速的離子”是存在的。
  6月轉(zhuǎn)入“費馬大定理”的系統(tǒng)研究,和“4,2,1定理”(角谷定理)的證明和研究,提出了相應(yīng)的 平臺和證明模式,在邊界和方法上獲得了成功,并首次應(yīng)用“二項式系數(shù)”證明“費馬大定理”之間的可能存在非平衡關(guān)系,并證明了它是正確的。
      1996年:參軍,3月向?qū)@旨某隽俗约旱陌l(fā)明十一項,后來六項獲得了申請?zhí)?,由于其他原因和自己無法維持和不熟悉并沒有轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。5月發(fā)現(xiàn)了素數(shù)的“置換保障定理”為素數(shù)的對數(shù)關(guān)系的演變提供了基礎(chǔ)。12月建立了很多非常規(guī)的數(shù)學(xué)運算模式,進入另類數(shù)學(xué)研究。并探索“素數(shù)不亡的原理”。開始了自己的學(xué)科的初步完善工作。
      1997年:內(nèi)蒙古消防教導(dǎo)大隊學(xué)車,開始用機器來分析素數(shù)和大因數(shù)之間的研究并提出了相應(yīng)的實現(xiàn)原理,并獲得了成功。
     9月母親去世我的研究停止下來,這是我人生的最大一次打擊和遺憾,。。。。
     1998年:開始了“華林猜想”、“費馬大定理的反猜想”、“四色原理猜想”,“回文數(shù)”、“完全數(shù)”“6174”。。。。。。。。的研究,許多得到證明。因父親的去世再次停止,這是我人生的第二次最大的打擊和遺憾。。。。。
     1999年:復(fù)員,1500元錢是我當時的全部家產(chǎn),回家后開始了打工漂流。和理論系統(tǒng)完善的工作。并發(fā)現(xiàn)了,固定素數(shù)點有奇、偶數(shù)的量子之分。。。,初步完成了〈統(tǒng)一論〉原稿,持續(xù)到2003年。

    2004年:在媒體的幫助下,我把文章進行了整理和打印成書,向許多院所寄投。11月再次進行了修改。。。。,但因財力有限〈統(tǒng)一論〉無法出版。這是我多年來的最大遺憾。直到現(xiàn)在我也無法實現(xiàn)這一愿望。
     2006年:分別發(fā)表論文〈解讀數(shù)學(xué)反例〉它第一次將我的數(shù)學(xué)符合和證明方法公開介紹給大家,并提出了數(shù)學(xué)家————柯召證明艾爾希猜想的證明思路是錯誤的?!磳W(xué)科猜想10例〉把我在研究數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)以猜想提出來,供大家來證明。〈挖掘一個定理,解決千年難題〉是用非幾何定理來實現(xiàn)了“尺歸作圖三大難題”是可以實現(xiàn)的,結(jié)束了長期以來人們認為它不可能實現(xiàn)的結(jié)論?!础案绲掳秃詹孪搿钡淖C明〉是用公式系統(tǒng)介紹了它是可以實現(xiàn)的證明思路和方法。分別發(fā)表在〈教與學(xué)〉〈華夏論文大系〉等,。。。
       但今天我的〈統(tǒng)一論〉還沒有和大家見面我非常遺憾,同時被一些人歸為“另類”。我希望更多的人來研究和完善它,找它的毛病和錯誤,我希望有更多的同類人來接受和發(fā)揚它。僅僅我一個人在此領(lǐng)域成為“高端”而沒有繼承者,支持者和反對者那就更讓人遺憾。
     雖然我經(jīng)歷了許多的遺憾、尷尬,挫折、打擊和磨難,獨步走在一個無人踏人的領(lǐng)域里,領(lǐng)略到的不是,枯燥、寂寞、無賴和困難,而是沿途那些妙不可言的壯麗風(fēng)景和自己處處相伴。
        注;本文僅僅是介紹作者在相關(guān)領(lǐng)域研究的部分片段。吳鴻邦,2007.1.22,QQ:583607456

                      阿波羅提出的難題──倍立方體問題

       傳說在公元前4世紀,古希臘的雅典流行某種病疫,為了消除災(zāi)難,雅典人向神求助,神諭說,“要使溫疫不流行,除非把太陽神阿波羅殿前的立方體香案的體積擴大一倍?!毖诺淙撕芨吲d,他們認為這很容易辦到,于是把舊香案的各棱放大一倍,做了一個新的立方體香案。新香案放到殿前后,人們以為可以心安理得了,未曾想疫勢更加猖獗。雅典人沒有辦法,只得再去祈求神諭,神諭明白地告訴他們,新香案的體積并不是舊香案的兩倍。這下人們給難住了。據(jù)說,人們把問題提到柏拉圖那里,柏拉圖又將問題交給了幾何學(xué)家。
  不管傳說是不是真的,倍立方體問題確實曾在柏拉圖的學(xué)園里研究過,并且歐多克斯、梅納科莫斯、甚至柏拉圖本人都給過了高等幾何的解法。
  但是,我們知道,倍立方體,化圓為方,三等分角三個問題并稱幾何三大難題,為初等幾何作圖中的三大作圖不能問題。之所以不能,是因為作圖條件是有限制的:只能使用圓規(guī)和無刻度的直尺。這是古希臘人對作圖的要求。在《幾何原本》中,歐幾里德對幾何作圖給出了明確的規(guī)定:作圖的工具只能是直尺和圓規(guī),直尺是沒有刻度的,只能用來畫線,進行線段延長。圓規(guī),只能用來畫圓或畫弧。這兩種工具的使用次數(shù)還必須是有限的,否則也算作圖不能問題。對于倍立方體問題。事實上,要作出棱長是 的立方體,而 的棱長是無法通過圓規(guī)和直尺有限次使用作出,因而倍立體問題便成為一個作圖不有問題。
  倍立方體的第一個進展,無疑是希波克拉底對此問題的簡化:作兩給定線段s和2s的兩個比例中項。如果我們令x和y表示這兩個比例中項,則s∶x=x∶y=y∶2s在這幾個比例式中:x2=sy,y2=2sx,消去y得:x3=2s3,于是以x為邊的立方體的體積就等于以s為邊的立方體體積的二倍。
  在希波克拉底作出簡化后,倍立方體問題就成為兩給定線段的兩個比例中項了。這樣,陸續(xù)出來一些高等幾何的解法。用帶刻度的尺也能解決了。
http://baike.baidu.com/view/3384756.htm
 
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