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化圆为方

已解决,1882年几何学代数学
问题陈述

只用圆规和无刻度直尺,在有限步骤内作出一个与给定圆面积相等的正方形。

用圆规和直尺化半径为1的圆为方,需要作出长度为 π\sqrt{\pi} 的线段,而皮埃尔·万策尔已于1837年证明:以此方式可作图的长度都是通过反复开平方得到的代数数——特别地,其代数次数必为2的幂。费迪南德·冯·林德曼于1882年证明了 π\pi 本身是超越数(不是任何有理系数非零多项式的根),这一证明借鉴了夏尔·埃尔米特1873年证明 ee 为超越数的方法,从而为此问题画上句号。既然 π\pi 是超越数,π\sqrt{\pi} 也是超越数,因此圆规直尺作图永远无法得到它。

参考文献

  1. Ferdinand von Lindemann (1882). Über die Zahl π
  2. Pierre Laurent Wantzel (1837). Recherches sur les moyens de reconnaître si un problème de géométrie peut se résoudre avec la règle et le compas
  3. Petr Beckmann (1971). A History of Pi