麦克劳林三等分角线(Maclaurin trisectrix)又名马克劳林三等分角线,是在笛卡尔直角坐标中方程式x³+xy²+ay²-3ax²=0的平面曲线(抛物线的垂足曲线),是史路士蚌线的特殊情况(若那里k²=4a²)。

基本介绍麦克劳林三等分角线是可用于将一角三等分的平面曲线,从抛物线的焦点F关于准线的对称点O,引此抛物线的切线的垂线,垂足的轨迹叫做麦克劳林三等分角线。设OF=4a,抛物线的方程为y=4a(x-3a),则麦克劳林三等分角线的方程为x(x²+y²)+a(y²-3x²)=0。

若取点B(2a,0)为极点,BF为极轴,则方程可化为ρ cos(θ/3)=a,在麦克劳林三等分角线上任取点M(ρ,θ)作以极半径ρ为斜边,定长a为直角边的直角三角形ABC,则∠ABC=θ/3,因而可用于将角θ三等分1。

三等分角线解释:(1)三等分角线是由x³+xy²+ay²-3ax²=0确定的平面曲线,可用来解决三等分角问题。它是由马克劳林(C.Maclaurin,苏格兰,1698—1746)提出的。、

(2)三等分角线是一种特殊曲线,指可用于将角三等分的曲线。例如,蚌线、阿基米德螺线等都是三等分角线。

三等分角问题三等分角问题是希腊三大几何作图问题之一,即仅用直尺与圆规是否可以三等分任意角。限定直尺只能过一点或两点画直线,圆规只能在已知圆心、半径时画圆。

1837年,法国数学家旺策尔(P.-L.Wantzel)证明了可尺规作图的量必须满足一个2次的方程,进而推出:在一般情况下,尺规三等分任一角是不可能的.这里的结论是有一定限制的,限定“一般情况下”,因为存在无穷多个角是可以尺规三等分的.例如,可以证明:当m,n是互素的正整数,且n不能被3整除时,角

是可以尺规三等分的.显然,这样的α有无穷多2。

尺规作图三等分任一角,只能得到近似值.近似三等分任意角的尺规作图中,精度较高且作图简单的当属拉姆(J.F.Lamb)在1988年给出的作图(见图1).设∠AOB为已知角,以O为圆心画圆弧交两边于A,B,BO的延长线交圆于D.作∠AOB的平分线OC,取OD的中点E,连结EC,则

经计算,当∠AOB≤90°时,

如果不限定尺规作图,则最简单的三等分角的方法是古希腊数学家阿基米德(Archimedes)给出的,如图2所示.在直尺边缘上添加一点P,命尺端为O.设所要三等分的角是∠ACB,以C为圆心,OP为半径作半圆交角边于A,B.使点O在AC延长线上移动,使点P落在圆周上且使尺通过点B,连结OB.由于OP=PC=CB,则

德国数学家比伯巴赫(L.Bieberbach)证明了:如果使用直角尺和圆规,则可以三等分任一角.1982年,邓肯(E.B.Dynkin)和巴尼厄(W.Barnier)证明了:在一般情况下,尺规作图p等分任意角是不可能的,其中p为奇素数2.

几何三大“难题”

几何三大“难题”是古希腊人提出的三个(初等)几何学的著名“难题”:三等分角问题、倍立方问题及化圆为方问题。即要求用圆规与直尺分别实现:

(1)三等分一个任意角;

(2)作一个立方体,使它的体积等于已知立方体的两倍;

(3)作一正方形,使它的面积等于已知圆的面积。

1837年万策尔给出了前两个问题不可能性的证明;

1882年,林德曼证明了π为超越数,由此得出化圆为方问题的不可能性。因此,这三个问题是不可能问题,而不是难题。数学爱好者不要为此耗费精力。

如果取消只用尺规作图的限制,例如利用刻度尺、量角器或某些曲线(如三等分角线、割圆曲线等),就可以解决这些问题。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学