几道经典的几何作图趣题

    这段时间的古代汉语课和现代文学史课的时间利用得很好,我已经看完了Mathematics and Plausible Reasoning Vol.II和How to Solve It,并且已经读完了What is Mathematics的第一章。前面两本书主要是对数学思维方法的系统研究,有趣的新鲜东西并不太多。书里拿了几道比较经典的几何作图问题当作例题,比较有意思,在这里与大家分享一下。

1. 顺次给出四条边a, b, c, d以及对边a与c的夹角α,作一个四边形;
2. 给你一个三角形,作出一个内接于此三角形的正方形(正方形的四个顶点都落在三角形的边上);
3. 已知三角形的一个角α,这个角所对的边的高h,以及这个三角形的周长p。求作这个三角形。

  
1. 顺次给出四条边a, b, c, d以及对边a与c的夹角α,作一个四边形:先作出△ABC,其中AC=a,AB=c,两边夹角为α。然后分别以b和d为半径,在B点和C点画弧相交于D。平移AB和BD补成一个平行四边形ABDE。四边形AEDC即为所求。

  
2. 给你一个三角形,作出一个内接于此三角形的正方形:不妨先尝试满足部分条件,只让三个点落在三角形的边上。可以证明第四个点的轨迹是一条直线,问题迎刃而解。

  
3. 已知三角形的一个角α,这个角所对的边的高h,以及这个三角形的周长p。求作这个三角形。这题有点难。你需要集中精力思考,那个周长应该怎么放才合适。于是想到用作等腰三角形的方法把三条边拼接到一条直线上去。这样问题转化为作一个底边为p,对角为α/2+90°,高为h的三角形。此三角形的顶点A由一条平行于DE的直线与一段圆弧的交点所确定。这段圆弧可以这样作:先随便作一个满足∠DA'E=α/2+90°的△A'DE,显然△A'DE的外接圆上与A'同侧的所有点对DE的张角均为α/2+90°,而这个外接圆的圆心就是A'D和A'E的垂直平分线的交点。找到△ADE后,AD和AE的垂直平分线与DE的交点即为点B和点C。

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