哪些有理數角度數能用尺規作出

2021-08-24 22:28:03 字數 1693 閱讀 3640

首先介紹一下費馬數(fermat number):

形如 fn=2^2^n+1的數,n>=0 . (f後面的n為下標,以下同)

前5個費馬數是f0=3,f1=5,f2=17,f3=257,f4=65537,均為素數。但

第6個f5=641*6700417,是個合數。到目前為止,我們只知道以上

的前五個費馬數是素數。

高斯(1801)證明了:

僅當h=fn1*fn2...*fns (其中0<=n1=1),

並且fnt (其中t=1,2,...,s)都是素數時,正h邊形、(2^k)*h邊形

以及2^k邊形可用尺規作出。

為了敘述方便,我們下面稱形如上面所說的h、(2^k)*h以及2^k形的數為

f_g數。

那麼什麼樣的有理數度數能用尺規作出呢?

為避免誤解,列出證明中所用到的顯然的結論:

若角度a,b可作出,且m為任意自然數,則角度a-b,a+b,a*m都可以作出。

對於整度數的角有5個結論:

結論1:1度的角不能作出

證明:若能作出1度的角,也就是能作出正360邊形,因為3^2|360,

所以360不是f_g數,與高斯的結論不符。

結論2:2度的角不能作出

證明:同上,因為3^2|180,所以180不是f_g數。

結論3:3度的角可以作出

證明:因為120=8*3*5是f_g數。

結論4:對於任意自然數n,3*n度的角都能作出(為方便,允許大於360度)

證明:只需用圓規在圓周上將3度的角弧截n次就形了。

結論5:若m不是3的倍數,則m度的角不能作出

證明:因為3是素數,所以m肯定與3互素,根據數論中的

斐蜀定理,存在整數x,y滿足 x*m+y*3=1。

如果m度的角能夠作出,則上面的這個等式意味著利用m度的弧和3度的弧

可以作出1度的角,矛盾!

對有理數度數的一般結果:

結論6:設n為f_g數,且n與3和5都互素,m為任意自然數,

則3*m/n 度的角可作出,並且只有此型別的有理數度數可作出

證明: 假設有理數m/n度的角可以作出,其中m與n互素。那麼m=(m/n)*n度

的角必能作出,由結論5可知,m是3的倍數,設m=3*k,因為n與m互素,所以

n與k也互素,由斐蜀定理存在整數x,y滿足:x*k+y*n=1,那麼由結論4

3*y度的角(如果是負數則取絕對值)可以作出,因此

x*m/n+3*y=(3*k*x+3*y*n)/n=3/n

度的角也可以作出。那麼正360/(3/n)=120*n邊形可以作出,由高斯

的結論可知120*n是f_g數,而120=8*3*5,所以n是與3和5互素的f_g數。

反過來,若有理數形如3*m/n (如題設),顯然120*n是f_g數,所以

可以作出正120*n邊形,得到360/(120*n)=3/n度的角,對自然數m

當然可作出(3/n)*m度的角!

我們現在只剩下乙個任務:什麼樣的費馬數是素數?

古希臘三大名題

三等分任意角

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本題要求編寫程式,計算n個有理數的平均值。輸入第一行給出正整數n 100 第二行中按照a1 b1 a2 b2 的格式給出n個分數形式的有理數,其中分子和分母全是整形範圍內的整數 如果是負數,則負號一定出現在最前面。在一行中按照a b的格式輸出n個有理數的平均值。注意必須是該有理數的最簡分數形式,若分...

有理數比較大小及有理數相加

本題要求編寫程式,比較兩個有理數的大小,並且計算兩個有理數的和。輸入格式 在一行中按照a1 b1 a2 b2的格式給出兩個分數形式的有理數,其中分子和分母全是整形範圍內的正整數。輸出格式 在一行中按照a1 b1 a2 b2的格式輸出兩個有理數比較大小 在一行中按照a b的格式輸出兩個有理數的和。注意...

5 33 有理數加法

本題要求編寫程式,計算兩個有理數的和。輸入格式 輸入在一行中按照a1 b1 a2 b2的格式給出兩個分數形式的有理數,其中分子和分母全是整形範圍內的正整數。輸出格式 在一行中按照a b的格式輸出兩個有理數的和。注意必須是該有理數的最簡分數形式,若分母為1,則只輸出分子。輸入樣例1 1 3 1 6 輸...