Задача об удвоении куба

Удвоение куба – так называется третья классическая задача древнегреческой математики. Эта задача на ряду с двумя первыми сыграла большую роль в развитии математических методов.

Задача состоит в построении куба, имеющий объём, вдвое больше объёма данного куба. Если обозначить через а ребро данного куба, то длина ребра х искомого куба должно удовлетворять уравнению

x³ = 2a³ , или x =

Задача является естественным обобщением аналогичной задачей об удвоении квадрата, которая решается просто: стороной квадрата, площадь которого равна 2а², служит отрезок длиной а , т.е. диагональ данного квадрата со стороной а. Наоборот удвоение куба, объём которого равен 2а³, т.е. отрезок х, равный , не может быть построен при помощи циркуля и линейки. Однако это было доказано лишь в первой половине XIX в.

Задача об удвоении куба носит так же название «делосской задачи» в связи со следующей легендой.

На острове Делос (в Эгейском море) распространялась эпидемия чумы. Когда жители острова обратились к оракулу за советом, как избавится от чумы, они получили ответ: «Удвойте жертвенник храма Аполлона». Сначала они считали, что задача легка. Так как жертвенник имел форму куба, они построили новый жертвенник, ребро которого было в два раза больше ребра старого жертвенника. Делосцы не знали, что таким образом они увеличили объём куба не в 2 раза, а в 8 раз. Чума ещё больше усилилась, и в ответ на вторичное обращение к оракулу последний посоветовал: «Получше изучайте геометрию…» Согласно другой легенде, бог приписал удвоение жертвенникам не потому, что ему нужен вдвое больший жертвенник, а потому, что хотел упрекнуть греков, «которые не думают о математике и не дорожат геометрией».

Задачей удвоения куба еще в V в. до н.э. занимался Гиппократ Хиосский, который впервые свел ее к решению следующей задачи: построить «два средних пропорциональных» отрезка х, у между данными отрезками а, b, т.е. найти х и у, которые удовлетворяли в следующей непрерывной пропорции:

а : х = х : у = у : b (1)

Суть одного механического решения задач об удвоении куба, относящегося к IV в. до н.э. , основано на методе двух средних пропорциональных. Отложим на стороне прямого угла отрезок =а, где а- длина ребра куба (рис.7), а на другой его стороне – отрезок =2а. На продолжениях сторон прямого угла стараемся найти такие точки M и N , чтобы (АМ) и (В N ) были перпендикулярны к ( MN ); тогда (х) и (у) будут двумя серединами пропорциональными между отрезками  и . Для этого устраивается угольник с подвижной линейкой. Линейку располагают так, как показано на рисунке. 

Имеем:

                :  =  :  =  : ,

или

                            а : х = х : у =  у : 2а.

Отсюда

или

                                ,

т.е.

                                   .

Это значит что отрезок  искомый.

Архит Тарентский дал интересное стереометрическое решение «делосской задачи». После него, кроме Евдокса, дали свои решения Эратосфен, Никомед, Аполлоний, Герон, Папп и др.

Итак, все старания решить три знаменитые задачи при известных ограничивающих условиях (циркуль и линейка) привели только к доказательству, что подобное решение невозможно. Иной, пожалуй, по этому поводу скажет, что, следовательно, работа сотен умов, пытавшихся в течении столетий решить задачу, свелась ни к чему… Но это будет неверно. При попытках решить эти задачи было сделано огромное число открытий, имеющих гораздо больший интерес и значение, чем сами поставленные задачи. Попытка Колумба открыть новый путь в Индию, плывя всё на запад, окончилась, как известно, неудачей. И теперь мы знаем, что так необходимо и должно было случиться. Но гениальная попытка великого человека привела к «попутному» открытию целой новой части света, перед богатством и умственным развитием которого бледнеют ныне все сокровища Индии.

Древность завещала решение всех трёх задач нашим временам.