如何三等分一個角

Wei-Chi Lai
3 min readAug 5, 2020

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中學時期的幾何學裡,會學到尺規作圖,常聽到是否可能用尺規作圖三等分一個角。答案是,尺規作圖不可能三等分一個角,並且已經有數學證明不可能。

但如果用摺紙的話,就可以三等分一個角。

用摺紙三等分角

首先拿一張長方形的紙,如下摺出角θ,並且嘗試三等分角θ。

將紙對摺再對摺得到如下的兩條橫線

接著我們將點p1對到線L1, 將點p2對到L2。p1在L1上的點稱它為p’1, p2在L2上的點稱它為p’2。

摺起來就像這樣

我們將p1與p’1連起來, 那麼這條線已經三等分角θ。

證明,利用摺紙沿著摺線對稱的特性

我們先將圖表示成這樣。其中我們將線段p1p’1往p1p’2摺過去,得到線段p1C。

摺紙有個很重要的特性,摺紙的圖形會沿著摺線鏡像對稱。因此從上圖可以看到線段Dp1長度等於Dp’1,因此角2等於角4。

由於L1與線段Ep1平行,因此角4等於角1,所以角1等於角2。

由於沿著p1C對摺,因此線段p1p’1長度與p1p’2相等。三角形p1p’1p’2為等腰三角形。

線段p1B長度與線段Bp2相等。由於沿著AE對摺,因此線段p’2C與Cp’1相等,所以C是線段p’1p’2的中點。因此Cp1平分角p’2p1p’1,角2等於角3。

所以我們得到角1等於角2等於角3,也就是三等分角。

繪圖軟體

這篇文章裡的圖是用GeoGebra畫出來的,它是免費軟體,提供很多尺規作圖的工具,也可以畫函數。雖然有些細節最後我是用小畫家跟power point做調整。但整體來說是很強大的幾何繪圖軟體。

後記

以前讀高中的時候,有同學說他的妹妹可以三等分角,他問我是否知道該怎麼作?當然我沒有做出來。

偶爾也會看到有人聲稱他可以尺規作圖三等分角,最後會看到那只不過是很接近三等分角。

摺紙數學其實是很晚近的數學學門。以往都是尺規作圖稱霸數學界,然而也因此限制了我們對幾何的想像。也許有人會說,摺紙需要在紙上面操作,根本不符合數學想像的特性。然而尺規作圖也需要直尺和圓規,然後再變成想像中的工具,這樣的話,摺紙也可以成為想像中的工具,沒有什麼不可以。

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