那麼,采用尺規作圖法,究竟有哪些正多邊形作得出來,有哪些作不出來呢?

有人猜測:如果正多邊形的邊數是大於5的質數,這種正多邊形就一定作不出來。

17是一個比5大的質數,按上麵這種說法,正17邊形是一定作不出來的。在過去的2000年裏,確實有許多數學家試圖作出正17邊形,但無一不遭受失敗。豈料在1796年,18歲的大學生高斯居然用尺規作出了一個正17邊形,頓時震動了整個歐洲數學界。

這件事也深深震動了高斯,使他充分意識到自己的數學能力,從此決心獻身於數學研究,後來終於成為一代數學大師。

高斯還發明了一個判別法則,指出什麼樣的正多邊形能由尺規作出,什麼樣的正多邊形則不能,圓滿地解決了正多邊形的可能性問題。高斯的判別法則表明,能夠由尺規作出的正多邊形是很少的,例如,在邊數是100以內的正多邊形中,能夠由尺規作出的隻有24種。

有趣的是,正7邊形的邊數雖少,卻不能由尺規作出;而正257邊形,邊數多得叫人實際上很難畫出這樣的圖形,卻一定可由尺規作出。1832邊形,邊數多得叫人實際上很難畫出這樣的圖形,卻一定可由尺規作出。1832年,數學家黎克洛根據高斯指出的原則,解決了正257邊形的作圖問題。他的作圖步驟極其繁瑣,寫滿了80頁紙,創造了一項“世界紀錄”。

不久,德國人赫爾梅斯又刷新了這個紀錄。他費了10年功夫,解決了正65537有的作圖問題。這是世界上最繁瑣的尺規作圖題。據說,赫爾梅斯手稿可以裝滿整整一手提箱呢!

有形狀的數

畢達哥拉斯不僅知道奇數、偶數、質數、合數,還把自然數分成了親和數、虧數、完全數等等。他分類的方法很奇特,其中,最有趣的是“形數”。

什麼是形數呢?畢達哥拉斯研究數的概念時,喜歡把數描繪成沙灘上的小石子,小石子能夠擺成不同的幾何圖形,於是就產生一係列的形數。

畢達哥拉斯發現,當小石子的數目是1、3、6、10等數時,小石子都能擺成正三角形,他把這些數叫做三角形數;當小石子的數目是1、4、9、16等數時,小石子都能擺成正方形,他把這些數叫做正方形數;當小石子的數目是1、5、12、22等數時,小石子都能擺成正五邊形,他把這些數叫做五邊形數……

這樣一來,抽象的自然數就有了生動的形象,尋找它們之間的規律也就容易多了。不難看出,頭四個三角形數都是一些連續自然數的和。瞧,3是第二個三角形數,它等於1+2;6是第三個三角形數,它等於1+2+3;10是第四個三角形數,它等於1+2+3+4。

看到這裏,人們很自然地就會生發出一個猜想:第五個三角形數應該等於1+2+3+4+5,第六個三角形數應該等於1+2+3+4+5+6,第七個三角形數應該等於……

這個猜想對不對呢?

由於自然數有了“形狀”,驗證這個猜想費不了什麼事。隻要拿15個或者21個小石子出來擺一下,很快就會發現:它們都能擺成正三角形,都是三角形數,而且正好就是第五個和第六個三角形數。

就這樣,畢達哥拉斯借助生動的幾何直觀,很快就發現了自然數的一個規律:連續自然數的和都是三角形數。如果用字母n表示最後一個加數,那麼1+2+…+n的和也是一個三角形數,而且正好就是第n個三角形數。

畢達哥拉斯還發現,第n個正方形數等於n2,第n個五邊形數等於n(3n-1)/2,第n個六邊形數等於2n(n-1)……根據這些規律,人們就可以寫出很多很多的形數。

不過,畢達哥拉斯並不因此而滿足。譬如三角形數,需要一個數一個數地相加,才能算出一個新的三角形數,畢達哥拉斯認為這太麻煩了,於是著手去尋找一種簡捷的計算方法。經過深入探索自然數的內在規律,他又發現,

1+2+……+n=12×n×(n+1)

這是一個重要的數學公式,有了它,計算連續自然數的和可就方便多了。例如,要計算一堆電線杆數目,用不著一一去數,隻要知道它有多少層就行了。如果它有7層,隻要用7代替公式中的n,就能算出這堆電線杆的數目。

1+2+3十4+5+6+7

=12×7×(7+1)=28(根)

就這樣,畢達哥拉斯借助生動的幾何直觀,發現了許多有趣的數學定理。而且,這些定理都能以純幾何的方法來證明。

例如,在一些正方形數裏,左上角第一個框內的數是1,它是1的平方;第二框內由1+3組成,共有4個小石子,它是2的平方;第三個框內由1+3+5組成,共有9個小石子,它是3的平方。……由此不難看出,隻要在正方形數上作些記號,就能令人信服地說明一個數學定理:“從1開始,任何個相繼的奇數之和是完全平方。”即

1+3+5+……+(2n-1)=n2