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解法:旺泽尔给出的倍立方问题代数不可能性证明(1837年)

第 5/5 步:结论的适用范围:换用其他曲线便可轻松解决
通俗地说

旺泽尔的不可能性结论严格只针对这两种经典工具。大约公元前350年,远在有人想到要问'这能被证明不可能吗'之前,梅奈赫莫斯就已经找到了绕过这一限制的方法:让两条抛物线相交,交点的 xx 坐标恰好就是 23\sqrt[3]{2}。

抛物线无法用无刻度尺规画出,所以这并不与旺泽尔的结论矛盾——它只是解决了一个不同的、限制更宽松的问题,一个允许使用直线和圆以外曲线的问题。

x2=y, y2=2x  ⟹  x3=2x^2 = y,\ y^2 = 2x \implies x^3 = 2
详细分析

梅奈赫莫斯(约公元前350年)被认为给出了倍立方问题最早的已知解法,使用了圆锥曲线。取两条抛物线 x2=yx^2=y 与 y2=2xy^2=2x;把第一式中的 y=x2y=x^2 代入第二式,得 x4=2xx^4=2x,即当 x≠0x\neq0 时 x3=2x^3=2。于是它们交点的 xx 坐标恰好等于 23\sqrt[3]{2}——但抛物线无法用无刻度尺规画出,所以这并不与旺泽尔后来的证明相矛盾;它回答的是一个不同的问题,一个允许使用更多曲线作为工具的问题。

其他古代解法还包括阿契塔令人惊叹的三维曲线解法(一个圆柱、一个圆锥与一个环面的交线,在关于他工作的现代重构中被还原出来),以及和三等分角问题一样、用内插法(有刻度直尺)给出的解法,这些都不在旺泽尔的论文讨论范围内。所有这些解法都比旺泽尔早了两千年;1837年真正改变的不是找到了新的作图方法,而是第一次证明了仅用尺规的作图法根本不可能存在。

旺泽尔在同一篇1837年的论文中,用同一个核心思想——域扩张的次数必须是 22 的幂——同时处理了倍立方与三等分角问题,这连同他补全的高斯多边形定理一起,成为利用域论推理解决纯几何问题的最早应用之一,发生在伽罗瓦关于域扩张与根式可解性的思想广为人知的几年之前。

本步骤中的术语
圆锥曲线
用平面切割圆锥所得到的曲线:圆、椭圆、抛物线或双曲线。抛物线与双曲线无法用无刻度尺规画出。