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  • 数理哲学

    数理哲学 是 我在 《关于 1 和 0.999999…… (二)》  https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11289330.html   里 提出 的 一个 词,  我也不知道 怎么 会 想出 这么一个 词 。

    数理哲学  就是 跳出 数字 算式 的 繁琐 细节,  站在 一个  更高 的 层次 和 维度 来 看待 数学,  这个 更高 的 维度 就是 直观 和 逻辑思辨 ,   数字 算式 是 一维 的,  直观 是 三维 的  。

    我前段时间 看过 一个 网友 对 化圆为方 的 证明,   是 反证法, 用到了 超越数  π 、e ,   其实 不用 这么 麻烦, 我们 可以 这样 来 证明 :

    在 《关于 1 和 0.999999…… (二)》  https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11289330.html     中 提到  1 / 3 (1 除以 3) 是 不能 求得 准确值 的,

    同样的道理,   圆周率  π   是 一个 无理数,   是一个 无限不循环小数,   也不能 求得 准确值,

    化圆为方 有 2 种 方式:

    1    将 圆周长 变为 长度相等 的 一条 直线线段,  将 直线线段 4 等分,   或者 将 圆周长 4 等分 为 圆弧,  再 将 圆弧 变为 长度相等 的 直线线段,   这 2 种 做法 是 等价 的 。

    2    根据 半径 求得 长度 等于 圆周长 的 直线线段,  将 直线线段 4 等分,   或者 根据 半径 求得 长度 是 圆周长 1/4 的 直线线段,    这 2 种 做法 是 等价 的 。

    尺规作图  只能 丈量  直线线段 的 长度,  这 包含 2 个 意思 :

    1     从 直线线段 上 测量 长度,

    2     输出 长度 到 直线

    所以,   尺规作图    化圆为方   只能  选择 方式 2,   根据 半径 求得 长度 等于 圆周长 的 直线线段,  将 直线线段 4 等分   。

    半径 是 直线线段,   要求取 的 目标 是 长度 等于 圆周长 的 直线线段,   也 是 直线线段,

    设 半径 为  r ,   长度 等于 圆周长 的 直线线段 为  k,

    现在 是 要 根据 直线线段 r 的 长度 求取 直线线段 k 的 长度  。

    r 和 k 之间的 关系 是:         k = 2  *  π  *   r  ,

    因为  r  、k  都是 直线线段,   所以,  r 、k   都是  线性  的,

    r 和 k 的 关系式          k = 2  *  π  *   r       是一个 正比例函数 ,   所以   r-k 关系式  也是 线性 的,

    因为  π  是 无理数, 是 无限不循环小数 ,     不能 求得 准确值,

    所以      k = 2  *  π  *   r      不可能 求得    k    的 准确值  。

    所以 尺规作图   不能  化圆为方  。            证明完成  。

    可以看出来,   三等分 线段 也是 不能用 尺规作图 实现的,   奇数等分 线段 都不能用 尺规作图 实现,   对一个 正整数 n 分解质因数,   如果 所有 的 质因数 都是 2, 则可以对 一条线段 用 尺规作图 n 等分,    否则 不能对 一条线段 用 尺规作图 n 等分  。

    我们 还 可以 来 试试 证明 三等分角 不能用 尺规作图 实现 :

    尺规作图 可以  二等分 一条 线段,   以 r 为 半径,  在 线段 的 两个 端点 分别 作 圆弧 相交, 从 圆弧 交点 作 垂线 与 线段 相交,   垂线 与 线段 的 交点 就是 线段 中点 。

    可以看到,   尺规作图 二等分 线段 的 技能  是 由   对称性 提供 的,     圆规 、直尺   都  提供 对称性,  在 上面 这个 例子 里,   从 两个 端点 以 相同 的 半径 作 圆弧 相交 提供了 对称性,   垂线 也是 对称性,  因为 垂线 两边 的 角 都是 直角,   进一步,   作 两条直线 垂直相交  可以 得到 一个 “十” 字型  的 对称结构,  又或者  画一个圆,    过圆心 任意 作一条 直线 可将 圆 分为 对称 的 两个 半圆,   又或者  过圆心   任意 作 两条 正交 的 直线 可以把 圆 分为 对称 的 4 个 扇形,  这些 都是 圆规 直尺  提供 的 对称性  。

    圆规 直尺 提供的 基本功能 是   圆 、圆弧 、平行线 、垂线 、直线  。   和 代数式 的 推导演算 类似,  尺规作图 也有 推导演算 。  尺规作图 的 推导演算 就是 解决问题 的 方法 步骤  。

    尺规作图 的 推导演算 的 技能 来源于 对称性  。

    而  三等分 是 违反 对称性 的 ,     所以 尺规作图 不能 实现 三等分 线段, 也不能 实现 三等分角 。

    我们知道,   尺规作图 可以 二等分角,   进而,  可以 2 的 n 次方 等分 角,   n 为 正整数  。

    二等分角 是 由  对称性 实现 的,      对称性 由 圆规 提供 。

    圆规 提供 对称性,  直尺 提供 平行 、垂直 、直线 。

    未完待续  。

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