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解法:高斯–旺泽尔定理:借助分圆域的正多边形可作图性

第 3/8 步:模式不断重复:88 项周期、44 项周期、22 项周期,最后到各个根
通俗地说

把 1616 个根分成两组 88 个之后,高斯只需重复同样的技巧:把每个 88 元组再分成两个 44 元组,它们的和与积同样可以由前一阶段的数算出,从而给出更多普通的二次方程。接着用同样的方法把每个 44 元组分成两个 22 元组。最后,把每个 22 元组拆成它各自的两个单独的根。

每一次拆分都是一个二次方程——一次开平方——因为指数(33的幂)的加倍结构在每个尺度上都持续有效。四轮减半就把 1616 个根变成了 11 个,所以整座塔恰好由四个平方根层层叠加而成。

Q=F0⊂F1⊂F2⊂F3⊂F4=Q(ζ17),[Fi:Fi−1]=2\mathbb{Q} = F_0 \subset F_1 \subset F_2 \subset F_3 \subset F_4 = \mathbb{Q}(\zeta_{17}), \quad [F_i:F_{i-1}]=2
详细分析

第2步用到的和与积的论证,在每个规模上都会重复。把 η1,0\eta_{1,0} 与 η1,1\eta_{1,1}(各是 88 个根之和)分成四个 44 项周期,得到的和与积都可以用 η1,0,η1,1\eta_{1,0},\eta_{1,1} 及有理数表示,因此每一对 44 项周期都在 Q(η1,0)\mathbb{Q}(\eta_{1,0}) 上满足一个二次方程。把这些 44 项周期再分成 22 项周期时,同样的论证再重复一次,而把 22 项周期(例如 ζ+ζ16=2cos⁡(2π/17)\zeta+\zeta^{16}=2\cos(2\pi/17))分成各自的两个根 ζ\zeta 与 ζ16\zeta^{16},就完成了整座塔(Gauss 1801, Disquisitiones Arithmeticae, Art. 354–361)。

这样就得到一个域塔 Q=F0⊂F1⊂F2⊂F3⊂F4=Q(ζ17)\mathbb{Q}=F_0\subset F_1\subset F_2\subset F_3\subset F_4=\mathbb{Q}(\zeta_{17}),每一步添加一个平方根,故对 i=1,2,3,4i=1,2,3,4 有 [Fi:Fi−1]=2[F_i:F_{i-1}]=2。由塔定律,[Q(ζ17):Q]=24=16[\mathbb{Q}(\zeta_{17}):\mathbb{Q}]=2^4=16,与第1步中分圆方程的次数一致——这是作图已经完成、没有多余步骤的一个一致性检验。

由于塔的每一阶段都是二次扩张,而二次扩张(正如用于三等分角和倍立方的一般理论中那样)恰好对应于尺规作图的一步,所以 cos⁡(2π/17)\cos(2\pi/17)——从而正 1717 边形——是可作图的。