| | 【尺规作图的简介】
尺规作图是指用没有刻度的直尺和圆规作图。一把没有刻度的直尺看似不能做什么，画一个圆又不知道它的半径，画线段又没有精确的长度。其实尺规作图的用处很大，比如单用圆规找出一个圆的圆心，量度一个角的角度，等等。运用尺规作图可以画出与某个角相等的角，十分方便。
尺规作图是起源于古希腊的数学课题。只使用圆规和直尺，并且只准许使用有限次，来解决不同的平面几何作图题。
平面几何作图，限制只能用直尺、圆规。在历史上最先明确提出尺规限制的是伊诺皮迪斯。他发现以下作图法：在已知直线的已知点上作一角与已知角相等。这件事的重要性并不在于这个角的实际作出，而是在尺规的限制下从理论上去解决这个问题。在这以前，许多作图题是不限工具的。伊诺皮迪斯以后，尺规的限制逐渐成为一种公约,最后总结在《几何原本》之中。
若干著名的尺规作图已知是不可能的，而当中很多不可能证明是利用了由19世纪出现的伽罗华理论。尽管如此，仍有很多业余爱好者尝试这些不可能的题目，当中以化圆为方及三等分任意角最受注意。数学家underwood dudley曾把一些宣告解决了这些不可能问题的错误作法结集成书。
■尺规作图的基本要求
·它使用的直尺和圆规带有想像性质，跟现实中的并非完全相同：
·直尺必须没有刻度，无限长，且只能使用直尺的固定一侧。只可以用它来将两个点连在一起，不可以在上画刻度。
·圆规可以开至无限宽，但上面亦不能有刻度。它只可以拉开成你之前构造过的长度。
■五种基本作图
·作一个角等于已知角
·平分已知角
·作已知直线的垂直平分线
·作一条线段等于已知线段
·过一点作已知直线的垂线
■尺规作图公法
以下是尺规作图中可用的基本方法，也称为作图公法，任何尺规作图的步骤均可分解为以下五种方法：
·通过两个已知点可作一直线。
·已知圆心和半径可作一个圆。
·若两已知直线相交，可求其交点。 正五边形尺规作图
·若已知直线和一已知圆相交，可求其交点。
·若两已知圆相交，可求其交点。
【尺规作图的著名问题】
尺规作图不能问题就是不可能用尺规作图完成的作图问题。其中最著名的是被称为几何三大问题的古典难题：
■三等分角问题：三等分一个任意角；
■倍立方问题：作一个立方体，使它的体积是已知立方体的体积的两倍；
■化圆为方问题：作一个正方形，使它的面积等于已知圆的面积。
以上三个问题在2400年前的古希腊已提出这些问题，但在欧几里得几何学的限制下，以上三个问题都不可能解决的。直至1837年，法国数学家万芝尔才首先证明“三等分角”和“倍立方”为尺规作图不能问题。而后在1882年德国数学家林德曼证明π是超越数后，“化圆为方”也被证明为尺规作图不能问题。
还有另外两个著名问题：
■正多边形作法
·只使用直尺和圆规，作正五边形。
·只使用直尺和圆规，作正六边形。
·只使用直尺和圆规，作正七边形——这个看上去非常简单的题目，曾经使许多著名数学家都束手无策，因为正七边形是不能由尺规作出的。
·只使用直尺和圆规，作正九边形，此图也不能作出来，因为单用直尺和圆规，是不足以把一个角分成三等份的。
·问题的解决：高斯，大学二年级时得出正十七边形的尺规作图法，并给出了可用尺规作图的正多边形的条件：尺规作图正多边·形的边数目必须是2的非负整数次方和不同的费马素数的积，解决了两千年来悬而未决的难题。·
■四等分圆周
只准许使用圆规，将一个已知圆心的圆周4等分．这个问题传言是拿破仑·波拿巴出的，向全法国数学家的挑战。
【尺规作图的相关延伸】
用生锈圆规(即半径固定的圆规)作图
■只用直尺及生锈圆规作正五边形
■生锈圆规作图,已知两点a、b，找出一点c使得ab = bc = ca。
■已知两点a、b，只用半径固定的圆规，求作c使c是线段ab的中点。
■尺规作图，是古希腊人按“尽可能简单”这个思想出发的，能更简洁的表达吗？顺着这思路就有了更简洁的表达。
10世纪时，有数学家提出用直尺和半径固定的圆规作图。 1672年，有人证明：如果把“作直线”解释为“作出直线上的2点”，那么凡是尺规能作的，单用圆规也能作出！从已知点作出新点的几种情况：两弧交点、直线与弧交点、两直线交点 ，在已有一个圆的情况下，那么凡是尺规能作的，单用直尺也能作出！。
【尺规作图所推动的】
由词条以上内容可以看出，几何三大问题如果不限制作图工具，便很容易解决.从历史上看，好些数学结果是为解决三大问题而得出的副产品，特别是开创了对圆锥曲线的研究，发现了一批著名的曲线，等等.不仅如此，三大问题还和近代的方程论、群论等数学分支发生了关系.
正五边形的画法]
(1)已知边长作正五边形的近似画法如下:
①作线段ab等于定长l,并分别以a,b为圆心,已知长l为半径画弧与ab的中垂线交于k.
③以 c为圆心,已知边长 ab为半径画弧,分别与前两弧相交于m,n.
④顺次连接a,b,n,c,m各点即近似作得所要求的正五边形.
(2) 圆内接正五边形的画法如下:
①以o为圆心,定长r为半径画圆,并作互相垂直的直径mn和 ap.
② 平分半径on,得ok=kn.
③以 k为圆心,ka为半径画弧与 om交于 h, ah即为正五边形的边长.
④以ah为弦长,在圆周上截得a,b,c,d,e各点,顺次连接这些点即得正五边形.
3.民间口诀画正五边形
口诀介绍:"九五顶五九,八五两边分."
作法:
画法:
1.画线段ab=20mm,
2.作线段ab的垂直平分线,垂足为g.
3.在l上连续截取gh,hd,使 gh=5.9/5*10mm=19mm,
hd=5.9/5*10mm=11.8mm
4.过h作ec⊥cg,在ec上截取hc=he=8/5*10mm=16mm,
5.连结de,ea,ec,bc,cd,
五边形abcde就是边长为20mm的近似正五边形.
这里提供以下两种作法仅供参考：
1、已知边长作正五边形的近似画法如下： （1）作线段ab等于定长l，并分别以a、b为圆心，已知长l为半径画弧与ab的中垂线交于k. （2）以k为圆心，取ab的2/3长度为半径向外侧取c点，使ch=2/3ab （3）以 c为圆心，已知边长 ab为半径画弧，分别与前两弧相交于m、n. （4）顺次连接a、b、n、c、m各点即近似作得所要求的正五边形.
2、 圆内接正五边形的画法如下： （1）以o为圆心，定长r为半径画圆，并作互相垂直的直径mn和 ap. （2）平分半径on，得ok=kn. （3）以 k为圆心，ka为半径画弧与 om交于 h， ah即为正五边形的边长. （4）以ah为弦长，在圆周上截得a、b、c、d、e各点，顺次连接这些点即得正五边形。 | | ·若已知直线和一已知圆相交，可求其交点。
·若两已知圆相交，可求其交点。
【尺规作图的著名问题】
尺规作图不能问题就是不可能用尺规作图完成的作图问题。其中最著名的是被称为几何三大问题的古典难题：
■三等分角问题：三等分一个任意角；
■倍立方问题：作一个立方体，使它的体积是已知立方体的体积的两倍；
■化圆为方问题：作一个正方形，使它的面积等于已知圆的面积。
以上三个问题在2400年前的古希腊已提出这些问题，但在欧几里得几何学的限制下，以上三个问题都不可能解决的。直至1837年，法国数学家万芝尔才首先证明“三等分角”和“倍立方”为尺规作图不能问题。而后在1882年德国数学家林德曼证明π是超越数后，“化圆为方”也被证明为尺规作图不能问题。
还有另外两个著名问题：
■正多边形作法
·只使用直尺和圆规，作正五边形。
·只使用直尺和圆规，作正六边形。
·只使用直尺和圆规，作正七边形——这个看上去非常简单的题目，曾经使许多著名数学家都束手无策，因为正七边形是不能由尺规作出的。
·只使用直尺和圆规，作正九边形，此图也不能作出来，因为单用直尺和圆规，是不足以把一个角分成三等份的。
·问题的解决：德国数学家高斯，在他仅20岁左右，大学二年级时得出正十七边形的尺规作图法，并给出了可用尺规作图的正多边形的条件：尺规作图正多边·形的边数目必须是2的非负整数次方和不同的费马素数的积，即n=2k（2的k次幂）或 2k×p1×p2×…×ps，（1，2…s为右下角标）其中，p1，p2，…，ps是费马素数．解决了两千年来悬而未决的难题。根据高斯的理论，还有一位德国格丁根大学教授作了正257边形．
· 费马素数：17世纪的费马，他研究了形如Fi （i为右下角标）＝22i（底数2指数2的i次幂）＋1 的数．
费马的一个著名猜想是，当 n≥3时，不定方程xn＋yn＝zn没有正整数解．现在他又猜测Fi都是素数，对于i＝0，1，2，3，4时，容易算出来相应的Fi：
F0＝3，F1＝5，F2＝17，
F3=257，F4=65 537
验证一下，这五个数的确是素数．F5=225+1是否素数呢？仅这么一个问题就差不多一百年之后才有了一个结论，伟大的欧拉发现它竟不是素数，因而，伟大的费马这回可是猜错了！F5是两素数之积：
F5＝641×6 700 417．
当然，这一事例多少也说明：判断一个较大的数是否素数也决不是件简单的事，不然，何以需要等近百年？何以需要欧拉这样的人来解决问题？
更奇怪的是，不仅F5不是素数，F6，F7也不是素数，F8，F9，F10，F11等还不是素数，甚至，对于F14也能判断它不是素数，但是它的任何真因数还不知道．至今，人们还只知F0，F1，F2，F3，F4这样5个数是素数．由于除此而外还未发现其他素数，于是人们产生了一个与费马的猜想大相径庭的猜想，形如22i＋1的素数只有有限个．但对此也未能加以证明．
当然，形如Fi=22i+1的素数被称为费马素数．由于素数分解的艰难，不仅对形如Fi=22i+1的数的一般结论很难做出，而且具体分解某个Fi也不是一件简单的事．
■四等分圆周
只准许使用圆规，将一个已知圆心的圆周4等分．这个问题传言是拿破仑·波拿巴出的，向全法国数学家的挑战。
【尺规作图的相关延伸】
用生锈圆规(即半径固定的圆规)作图
■只用直尺及生锈圆规作正五边形
■生锈圆规作图,已知两点A、B，找出一点C使得AB = BC = CA。
■已知两点A、B，只用半径固定的圆规，求作C使C是线段AB的中点。
■尺规作图，是古希腊人按“尽可能简单”这个思想出发的，能更简洁的表达吗？顺着这思路就有了更简洁的表达。
10世纪时，有数学家提出用直尺和半径固定的圆规作图。 1672年，有人证明：如果把“作直线”解释为“作出直线上的2点”，那么凡是尺规能作的，单用圆规也能作出！从已知点作出新点的几种情况：两弧交点、直线与弧交点、两直线交点 ，在已有一个圆的情况下，那么凡是尺规能作的，单用直尺也能作出！。
【尺规作图所推动的】
由词条以上内容可以看出，几何三大问题如果不限制作图工具，便很容易解决.从历史上看，好些数学结果是为解决三大问题而得出的副产品，特别是开创了对圆锥曲线的研究，发现了一批著名的曲线，等等.不仅如此，三大问题还和近代的方程论、群论等数学分支发生了关系.
正五边形的画法]
(1)已知边长作正五边形的近似画法如下:
①作线段AB等于定长l,并分别以A,B为圆心,已知长l为半径画弧与AB的中垂线交于K.
②以K为圆心，取AB的2/3长度为半径向外侧取C点，使CK=2/3AB.
③以 C为圆心,已知边长 AB为半径画弧,分别与前两弧相交于M,N.
④顺次连接A,B,N,C,M各点即近似作得所要求的正五边形.
(2) 圆内接正五边形的画法如下:
①以O为圆心,定长R为半径画圆,并作互相垂直的直径MN和 AP.
② 平分半径ON,得OK=KN.
③以 K为圆心,KA为半径画弧与 OM交于 H, AH即为正五边形的边长.
④以AH为弦长,在圆周上截得A,B,C,D,E各点,顺次连接这些点即得正五边形.
3.民间口诀画正五边形
口诀介绍:"九五顶五九,八五两边分."
作法:
画法:
1.画线段AB=20mm,
2.作线段AB的垂直平分线,垂足为G.
3.在l上连续截取GH,HD,使 GH=5.9/5*10mm=19mm,
HD=5.9/5*10mm=11.8mm
4.过H作EC⊥CG,在EC上截取HC=HE=8/5*10mm=16mm,
5.连结DE,EA,EC,BC,CD,
五边形ABCDE就是边长为20mm的近似正五边形.
这里提供以下两种作法仅供参考：
1、已知边长作正五边形的近似画法如下： （1）作线段AB等于定长l，并分别以A、B为圆心，已知长l为半径画弧与AB的中垂线交于K. （2）以K为圆心，取AB的2/3长度为半径向外侧取C点，使CH=2/3AB （3）以 C为圆心，已知边长 AB为半径画弧，分别与前两弧相交于M、N. （4）顺次连接A、B、N、C、M各点即近似作得所要求的正五边形.
2、 圆内接正五边形的画法如下： （1）以O为圆心，定长R为半径画圆，并作互相垂直的直径MN和 AP. （2）平分半径ON，得OK=KN. （3）以 K为圆心，KA为半径画弧与 OM交于 H， AH即为正五边形的边长. （4）以AH为弦长，在圆周上截得A、B、C、D、E各点，顺次连接这些点即得正五边形。
正五边形的另一种尺规准确画法
1.作线段AB
2.作线段AB的垂直平分线HI垂足为H(基本作图)
3.以线段AB为一边,作正方形(不会作,看下面小步骤)
(1)以点A为圆心,适当长为半径,画弧,交直线AB(看清楚,是直线)于点C、D。
（2）分别以点C、D为圆心，大于二分之一CD长为半径，画弧，两弧交于点E。
（3）过点E作直线AE，并以点A为端点在直线AE上截取线段AF=AB。
（4）以点F、B为圆心，线段AB长为半径，画弧，两弧交于点G。
（5）连结线段FG、BG。则四边形ABGF为正方形。
4.继续。以点H为圆心，线段HG长为半径，画弧，交射线HC于点J。
5.分别以点A、J为圆心，线段AB长为半径画弧，两弧交于点K，连结AK BK。
6.作线段HJ的垂直平分线L。
7.以点J为圆心，线段AK长为半径，画弧，交直线L于点M
8.再分别以点A。M为圆心，线段AK长为半径，画弧，两弧交于点N
连结JM、MN、AN
五边形AJBMN就是正五边形了！ |
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