《Proof without Words》问题之一——化圆为方

本文探讨了《Proof without Words》中一个经典问题——化圆为方。通过几何构造的方法,利用圆的滚动特性,成功地解决了这一历史难题,并揭示了其背后的数学原理。
《Proof without Words》问题之一——化圆为方

    《Proof without Words》一本好书。
    Page.10的一个很经典的问题:The Rolling Circle Squares Itself。意为化圆为方,即作一个正方形,令其面积等于给出的圆的面积。

    这是历史上一个著名的无法尺规解决的问题。虽然看起来似乎不大难。我第一次看这页没大看懂,给Matrix67的博主发信问了问,竟然收到了回信,可喜可贺。


    如上图,让已知的半径r的小圆滚起来,在直线上正好滚半圈,就得到了一条线段,其长度为半周长 pi*r 。在右端点上作一条垂线。在这个线段上再延长一段r,得到的线段作为半径做出一个大的半圆,与刚才的垂线形成了半个弦,弦长设为x*r。

    根据圆内相交弦的性质或者射影定理,有 pi*r * r = (x*r)^2  所以x就是根号pi了。做出了根号pi,原来的问题就解决啦。因为原来的圆面积是pi*r^2。

    另:前面说过,画圆为方是尺规不可解问题,那么上述方法就证明了“做出一条线段,长度等于已知圆的周长”也是尺规不可解问题了。

在使用 LaTeX 编写文档时,遇到 `begin{Proof}` 环境出错通常与以下几个原因有关: ### 1. 未正确加载 `amsthm` 宏包 LaTeX 中的 `Proof` 环境通常由 `amsthm` 宏包提供支持。如果未正确加载该宏包,系统会报错,提示 `begin{Proof} environment undefined`。解决法是在文档的导言区(preamble)中添加以下命令: ```latex \usepackage{amsthm} ``` 此宏包不仅定义了 `Proof` 环境,还提供了对定理、引理等环境的支持,确保数学文档的排版更加规范 [^1]。 ### 2. 环境名称的大小写问题 LaTeX 对环境名称的大小写敏感。如果用户输入了 `begin{proof}` 或 `begin{PROOF}`,而不是 `begin{Proof}`,系统可能无法识别该环境。确保环境名称的首字母大写,即: ```latex \begin{Proof} % 此处输入证明内容 \end{Proof} ``` 如果希望使用小写的环境名称,可以通过自定义式重新定义环境名称,但这通常不推荐,除非有特殊需求 [^1]。 ### 3. 自定义环境定义冲突 如果用户在文档中自定义了 `Proof` 环境,但定义式有误,也可能导致错误。例如,使用 `\newenvironment` 命令时参数设置错误,或者重定义了已有的环境。检查文档中是否有类似以下代码: ```latex \newenvironment{Proof}{\textbf{Proof:}}{\qed} ``` 如果存在此类代码,确保其语法正确,或者考虑删除自定义定义,改用 `amsthm` 提供的标准 `Proof` 环境 [^1]。 ### 4. 使用了不兼容的文档类或宏包 某些文档类(如 `beamer`)或宏包可能与 `amsthm` 存在冲突,导致 `Proof` 环境无法正常使用。在这种情况下,建议检查文档类和宏包的兼容性,必要时调整加载顺序或使用替代案。例如,可以尝试在加载其他宏包之后再加载 `amsthm`: ```latex \usepackage{otherpackage} \usepackage{amsthm} ``` ### 5. 缺少必要的支持文件 LaTeX 编译过程中需要相关的 `.sty` 文件支持宏包功能。如果 `amsthm.sty` 文件缺失或损坏,可能导致 `Proof` 环境无法加载。解决法是更新 LaTeX 发行版,确保所有宏包文件完整可用 [^1]。 ### 示例代码 以下是一个完整的示例,展示如何正确使用 `Proof` 环境: ```latex \documentclass{article} \usepackage{amsthm} \begin{document} \begin{Proof} 这是一个简单的证明示例。 \end{Proof} \end{document} ``` ###
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