解法:旺泽尔给出的倍立方问题代数不可能性证明(1837年)
通俗地说
传说提洛岛居民遭遇瘟疫,向神谕求助,得到的答复是要把他们立方体祭坛的体积加倍。他们把每条棱都加倍,结果错误地得到了八倍的体积——真正的答案需要把每条棱乘以 ,而不是乘以 。
于是问题被精确地表述为:给定一个棱长为 (体积为 )的立方体,仅用尺规作出长度为 的线段,使以该线段为棱的立方体体积恰好等于 。旺泽尔1837年的论文证明了这条特定的线段永远无法作出。
详细分析
经典的"倍立方"(或提洛)问题要求从一条单位线段出发,用尺规作出一个立方体的棱 ,使其体积是单位立方体体积的两倍:,即 ,是 的根。早在希俄斯的希波克拉底(公元前5世纪)时代,这个问题就已经很古老了,他把它归结为求 与 之间的两个比例中项,这个问题让尺规作图法束手无策超过两千年。
旺泽尔1837年的论文用与三等分角相同的方法解决了它:把可作图性翻译成一个代数次数条件,然后检验 是否满足该条件。接下来的步骤将执行这一过程:首先是可作图数在 上的次数必为 的幂这一一般判据,然后是 在 上不可约这一事实,由此得到 ——不是 的幂。
与三等分角问题不同,这里只有一个需要检验的相关数,即 本身,这使得它成为旺泽尔两个经典不可能性证明中更简洁的一个。
- 比例中项
- 插入在 与 之间、满足 的数 ;希波克拉底证明了倍立方等价于求 与 之间的两个比例中项。