世界上最复杂的几何题？

胡俊波 2021-05-05 04:33

古典难题的挑战——几何三大难题及其解决 位于欧洲南部的希腊，是著名的欧洲古国，几何学的故乡。这里的古人提出的三大几何难题，在科学史上留下了浓浓的一笔。这延续了两千多年才得到解决的世界性难题，也许是提出三大难题的古希腊人所不曾预料到的。 一.三大难题的提出 实际中存在着各种各样的几何形状，曲和直是最基本的图形特征。相应地，人类最早会画的基本几何图形就是直线和圆。画直线就得使用一个边缘平直的工具，画圆就得使用一端固定而另一端能旋转的工具，这就产生了直尺和圆规。 古希腊人说的直尺，指的是没有刻度的直尺。他们在大量的画图经历中感觉到，似乎只用直尺、圆规这两种作图工具就能画出各种满足要求的几何图形，因而，古希腊人就规定，作图时只能有限次地使用直尺和圆规这两种工具来进行，并称之为尺规作图法开发者_StackOverflow中文版。 漫长的作图实践，按尺规作图的要求，人们作出了大量符合给定条件的图形，即便一些较为复杂的作图问题，独具匠心地经过有限步骤也能作出来。到了大约公元前6世纪到4世纪之间，古希腊人遇到了令他们百思不得其解的三个作图问题。 1.三等分角问题：将任一个给定的角三等分。 2.立方倍积问题：求作一个正方体的棱长，使这个正方体的体积是已知正方体体积的二倍。 3.化圆为方问题：求作一个正方形，使它的面积和已知圆的面积相等。 这就是著名的古代几何作图三大难题，它们在《几何原本》问世之前就提出了，随着几何知识的传播，后来便广泛留传于世。 二.貌以简单其实难 从表面看来，这三个问题都很简单，它们的作图似乎该是可能的，因此，2000多年来从事几何三大难题的研究颇不乏人。也提出过各种各样的解决办法，例如阿基米德、帕普斯等人都发现过三等分角的好方法，解决立方倍积问题的勃洛特方法等等。可是，所有这些方法，不是不符合尺规作图法，便是近似解答，都不能算作问题的解决。 其间，数学家还把问题作种种转化，发现了许多与三大难题密切相关的一些问题，比如求等于圆周的线段、等分圆周、作圆内接正多边形等等。可是谁也想不出解决问题的办法。三大作图难题就这样绞尽了不少人的脑汁，无数人做了无数次的尝试，均无一人成功。后来有人悟及正面的结果既然无望，便转而从反面去怀疑这三个问题是不是根本就不能由尺规作出？ 数学家开始考虑哪些图形是尺规作图法能作出来的，哪些不能？标准是什么？界限在哪里？可这依然是十分困难的问题。 三.高斯的发现 历史的车轮转到了17世纪。法国数学家笛卡尔创立解析几何，为判断尺规作图可能性提供了从代数上进行研究的手段，解决三大难题有了新的转机。 最先突破的是德国数学家高斯。他于1777年4月30日出生于不伦瑞克一个贫苦的家庭。他的祖父是农民，父亲是打短工的，母亲是泥瓦匠的女儿，都没受过学校教育。由于家境贫寒，冬天傍晚，为节约燃料和灯油，父亲总是吃过晚饭就要孩子睡觉。高斯爬上小阁楼偷偷点亮自制的芜菁小油灯，在微弱的灯光下读书。他幼年的聪慧博得一位公爵的喜爱，15岁时被公爵送进卡罗琳学院，1795年又来到哥庭根大学学习。由于高斯的勤奋，入学后第二年，他就按尺规作图法作出了正17边形。紧接着高斯又证明了一个尺规作图的重大定理：如果一个奇素数P是费尔马数，那么正P边形就可以用尺规作图法作出，否则不能作出。 由此可以断定，正3边、5边、17边形都能作出，而正7边、11边、13边形等都不能作出。 高斯一生不仅在数学方面做出了许多杰出的成绩，而且在物理学、天文学等方面也有重要贡献。他被人们赞誉为“数学王子”。高斯死后，按照他的遗愿，人们在他的墓碑上刻上一个正17边形，以纪念他少年时代杰出的数学发现。 四.最后的胜利 解析几何诞生之后，人们知道直线和圆，分别是一次方程和二次方程的轨迹。而求直线与直线、直线与圆、圆与圆的交点问题，从代数上看来不过是解一次方程或二次方程组的问题，最后的解是可以从方程的系数（已知量）经过有限次的加、减、乘、除和开平方求得。因此，一个几何量能否用直尺圆规作出的问题，等价于它能否由已知量经过加、减、乘、除、开方运算求得。这样一来，在解析几何和高斯等人已有经验的基础上，人们对尺规作图可能性问题，有了更深入的认识，从而得出结论：尺规作图法所能作出的线段或者点，只能是经过有限次加、减、乘、除及开平方（指正数开平方，并且取正值）所能作出的线段或者点。 标准有了，下来该是大胆探索、细心论证。谁能避过重重险滩将思维贯通起来，谁就是最后胜利者。1837年，23岁的万芝尔以他的睿智和毅力实现了自己的梦想，证明了立方倍积与三等分任意角不可能用尺规作图法解决，宣布了2000多年来，人类征服几何三大难题取得了重大胜利。 他的证明方法是这样的： 假设已知立方体的棱长为a，所求立方体的棱长为x，按立方倍积的要求应有x3=2a3的关系。所以立方倍积实际是求作满足方程x3－2a3＝0的线 段X，但些方程无有理根，若令a=1,则要作长度为2的立方根的线段，但2的立方根超出了有理数加、减、乘、除、开方的运算范围，超出了尺规作图准则中所说的数量范围，所以它是不可能解的问题。 用类似地想法，他证明了三等分角也是不可能解的问题。实际上万芝尔还证明了一个被称为高斯——万芝尔定理：如果边数N可以写成如下形式N＝2t·P1·P2……Pn，其中P1、P2、…Pn都是各不相同的形如22k＋1的素数，则可用尺规等分圆周N份，且只有当N可以表成这种形式时，才可用尺规等分圆周N份。根据这一定理，任意角的三等分就不可能了。 1882年，德国数学家林德曼借助于eiπ=-1证明了π的超越性，从而解决了化圆为方的问题。假设圆的半径为r，正方形的边长为x，按化圆为方数代数方程的根，更不能用加减乘除开平方所表示，因而不可能用尺规法作图。 从此，古典几何的三大难题都有了答案。 2000多年来，一代接一代地攻克三大难题，有人不禁要问这值得吗？假如实际中真遇到要三等分角、立方倍积、化圆为方，只要行之有效，何苦一定用尺规作图法解决？其实，数学研究并非一定要实用，数学家对每一个未知之谜都要弄个清楚，道个明白，这种执著追求的拗劲正是科学的精神。更为重要的是，对三大难题的研究，反过来促进了数学的发展，出现了新的数学思想和方法，例如阿基米德、帕普斯发现的三等分角的方法，勃洛特用两块三角板解决立方倍积问题(这个我在上初中时曾经证明过，的确成立)，等分圆周、作正多边形，高斯关于尺规作图标准的重大发现等等。每一次突破不仅是人类智慧的胜利，使数学园地争奇竞艳，而且有利于科学技术的发展。 特别值得提到的是，在三大几何难题获得解决的同时，法国数学家伽罗瓦从一般角度对不可能性问题进行研究，在1830年，19岁的伽罗瓦提出了解决这一类问题的系统理论和方法，从而创立了群论。群论是近世抽象代数的基础，它是许多实际问题的数学模型，应用极其广泛，而三大几何作图难题只不过是这种理论的推论、例题或习题。所以，一般认为三大难题的解决归功于伽罗瓦理论，可伽罗瓦理论是在他死后14年才发表的，直到1870年，伽罗瓦理论才得到第一次全面清楚的介绍。 回答者：tgw791013 - 高级经理 七级 1-20 11:00许多人都说是古希腊的[三大几何难题]不可能用[直尺和圆规经有限步骤解决],其实不然,就是个方法问题.因为任何人都不可能将所有的方法都试过. 我用没有刻度的直尺,严格按照[直尺圆规作图规则]解了古希腊的[三大几何难题],而且用{勾股定理}证明了[圆化方]和[倍立方]两个题.{因为[三分角]证明起来很繁琐,还是留给有兴趣者去证明吧.} 现在把作图方法,步骤和证明一起奉献出来,以便尊敬的朋友们,专家学者们一起来研究和判定. 哦,对了,这三个命题都应该是初中几何可以解决的.没有必要把它深奥化了. 只是想用正确的答案取代 旺策尔(Wantzel)和林得曼（Linderman）的不明智的错误答案 !

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M16****988 2021-05-05 04:35

开发者_如何学Go 最难的几何问题是四色定理，至今未证明出来，并列数学三大难题，另外两个是代数问题，一个费马大定理，一个哥德巴赫猜想。

PS：楼上一个说十九边形，我想说那是正十七边，高斯证明只有费马数的素数正多边形可以尺规作图。然后另一个，我想说我能，但需要借助辅助线，如果不借助，那是证明过的，尺规作图无法三等分任意角。

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肖建 2021-05-05 04:42

费马最后定理

对于任意不小于3的正整数 ,x^n + y^n = z ^n 无正整数解

哥德巴赫猜想

对于任一大于2的偶数都可写成两个质数之和，即1+1问题

NP完全问题

是否存在一个确定性算法，可以在多项式时间内，直接算出或是搜寻出正确的答案呢？这就是著名的NP=P？的猜想

霍奇猜想

霍奇猜想断言，对于所谓射影代数簇这种特别完美的空间类型来说，称作霍奇闭链的部件实际上是称作代数闭链的几何部件的(有理线性)组合

庞加莱猜想

庞加莱已经知道，二维球面本质上可由单连通性来刻画，他提出三维球面(四维空间中与原点有单位距离的点的全体)的对应问题

黎曼假设

德国数学家黎曼(1826~1866)观察到，素数的频率紧密相关于一个精心构造的所谓黎曼zeta函数ζ(s)的性态。著名的黎曼假设断言，方程ζ(s)=0的所有有意义的解都在一条直线上

杨－米尔斯存在性和质量缺口

纳卫尔-斯托可方程的存在性与光滑性

BSD猜想

像楼下说的1+1=2 并不是什么问题的简称 而就是根据皮亚诺定理得到的开发者_C百科一个加法的基本应用，是可以简单通过皮亚诺定理和自然数公理解决的

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王国辉 2021-05-05 04:46

在2000年，克莱数学研究所设立了千年奖，以鼓励人们解决7个千年来未解决的数学问题，任何人只要能解决这问题中的任意一个即可获得100万美元（约660万元人民币）的奖金。其中，庞加莱猜想已经在2006年得到了解决，但其他6个问题仍未解决。

1.P对NP的问题

NP问题的典型问题是哈密尔顿路径问题：给定N个城市访问，如何在不访问城市的情况下做到这一点？如果你能给出一个解决方案开发者_JS百科，可以很容易地检查它是正确的。那么你将会获得100万美元（约660万元人民币）奖金。

P与NP问题的本质是反向是否正确：如果我有一个有效的方法来检查一个问题的解决方案，是否有一个有效的方法来找到这些解决方案？

大多数数学家和计算机科学家认为答案是否定的，对于一般人而言，感觉读懂这个问题都是个事。

2.纳维-斯托克斯方程

正如牛顿第二定律描述了物体在外力的作用下速度会发生变化一样，纳维-斯托克斯方程描述了流体流动的速度如何在压力和粘性等外力以及重力等外力的作用下发生变化。

纳维-斯托克斯方程是一个微分方程组，描述了一个特定的量在给定了一些初始的启动条件后，如何随着时间的推移而变化。

在Navier-Stokes方程的情况下，我们从一些初始的流体流动开始，微分方程描述了流体的演化过程。举个简单的例子，当你早晨在咖啡中搅拌奶油时，你能用数学方式解释发生了什么，就可以赢得100万美元（约660万元人民币）。

3.杨 - 米尔斯理论和量子质量差距

数学和物理学一直有着互利的关系。数学的发展常常为物理理论开辟了新的途径，物理学中的新发现激发了对其基本数学解释的深入研究。

量子力学可以说是历史上最成功的物理理论，20世纪的伟大成就之一就是对这种行为进行理论和实验的理解。

现代量子力学的主要基础之一是杨 - 米尔斯理论，尽管取得了物理上的成功，但理论数学基础仍然不清楚。

那么，克莱数学研究所设立的奖金就是要奖励能展示杨米尔斯理论的一般数学理论，并对质量差距有一个很好的数学解释。

4.黎曼假说

到了19世纪，数学家发现了各种公式，给出了素数之间平均距离的近似概念。然而，还有一个未知数字是如何接近这个平均数的真实的素数分布。也就是说，根据这些平均数公式。

黎曼假设通过建立离素数分布的平均距离有多远的限制来限制这种可能性。有很多证据表明黎曼假说是真实的，但是一个严格的证据仍然是难以捉摸的。

如果任何人能提供能证明黎曼假设的证据，那么他就可以获得100万美元（约660万元人民币）的奖金。

5.Birch和Swinnerton-Dyer猜想

数学研究的最古老和最广泛的对象之一是丢番图方程，近年来，代数学家特别研究了椭圆曲线，它是由一个特定类型的丢番图方程定义的。

这些曲线在数论和密码学中有着重要的应用，寻找整数或合理的解决方案是一个重要的研究领域。Birch和Swinnerton-Dyer猜想提供了一套额外的分析工具来理解由椭圆曲线定义的方程的解。

如果有人能证明这个猜想，那么可以获得100万美元（约660万元人民币）的奖励。

6.霍奇猜想

20世纪，数学家发现了用将复杂图形作为曲线、曲面和超曲面理解的方法，难以想象的形状可以通过复杂的计算工具变得更容易处理。

霍奇猜想表明，某些类型的几何结构具有特别有用的代数对应物，可用于更好地研究和分类这些形状。如果有人能用数学方式证明霍奇猜想，同样可以获得100万美元（约660万元人民币）的奖励。

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王国辉 2021-05-05 04:51

好好学数学，数学说的太笼统了，里面有专门的概率论，博弈论，应用数学，理论数学，基础数学，几何学，欧式几何，非欧几何开发者_如何学Python！哪个领域的专家？

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贾可可 2021-05-05 04:51

证明：反证法。

假设ABCD不是矩形，则必有相邻两个角一个是钝角，另一个不是钝角。

设∠D为钝角，∠C不是钝角，

过G点作AD的垂线，交AD于G1，显然HD过F点作CD的垂线，交CD于F1，显然GC≥GF1，

而HD=GC(已知)，所以HG1＞GF1 ①

另一方面，

直角△HG1G≌直角△GF1F(∵∠G1HG＝90°－∠HGG1=开发者_运维问答∠FGF1，HG=FG)

∴HG1=GF1 ②

①②二者矛盾

∴四边形ABCD是矩形

∴△HDG≌△GCF（直角△中两边对应相等）

∴DG=FC

∴DC=BC

同理，可证AB=BC=DA

∴四边形ABCD为正方形。

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