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三分之一角公式

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三分之一角公式,为三角恒等式的一种,是三等分角问题在代数上的一个解。由于该解不一定是规矩数因此也可以证明三等分角尺规作图的不可行性[1]

尺规作图

尺规作图三等分角已被证实不可行,其也与三分之一角公式非规矩数的推导有关,其证明如下:设可以用尺规作图将任意角三等分,代表对任意角度是的角,均可以由尺规作图得到 角度为的角。这等价于说在已知单位长度和的时候能做出的长度。设L是包含了和单位长度1的域。用尺规作图可以得到,说明域扩张的阶数是2的幂次:

然而根据三倍角公式:

运用多项式的知识可以证明,L中的最小多项式的阶数必定不大于3,也就是说是1,2或者3[1]:512。比如说当角度时,L就是)三倍角公式变成:

,即是:

这个多项式不可约,所以这个方程的解不属于有理数集,所以可以证明[2]然而3不是2的幂次,这和之前的结论矛盾。如此便说明,无法用尺规作图将任意角三等分[1]:525-526

而上述三次方程透过三次方程求根公式[3]求出来的解即为三分之一角公式。

公式

  • 利用三倍角公式

把它改为:

当成未知数,当成常数项,解一元三次方程式即可求出

  • 当-90°≤≤90°时
  • 当90°≤≤450°时
  • 当450°≤≤630°时
  • 当630°≤≤990°时

简化

利用欧拉公式可以有效地简化三分之一角公式

所以

参见

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Warner. Modern algebra. Courier Dover Publications. 1990. ISBN 9780486663418 (英语). 
  2. ^ 曹亮吉. 《三等分任意角可能吗?》. 原载于科学月刊第九卷第四期. http://episte.math.ntu.edu.tw. [2013-05-28]. (原始内容存档于2014-06-23).  外部链接存在于|publisher= (帮助)
  3. ^ Guilbeau, Lucye, The History of the Solution of the Cubic Equation, Mathematics News Letter, 1930, 5 (4): 8–12, JSTOR 3027812, doi:10.2307/3027812