수학아카데미

2012.08.18 19:01

선분을 3등분하는법.

조회 수 5576 추천 수 0 댓글 5
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앞에 글 각을 3등분하는 법에 대하여
국가수리과학연구소 최태영 박사님(수학아카데미  이종필 박사님의 강의 종강발표(교보문고 강당) 때 참석하셨었음)과 통화로 문의 하던 중에 최태영 박사님이

"선분을 3등분하는 것이 가능하겠느냐"고 하셨습니다. 

안 될 것 같다고 대답했지만,  통화가 끝나고 생각해 보니,
될 듯해서 아래 그림처멈 그려보니,  되는 것을 확인했습니다.

그런데  선분을 3등분하는 것이 정확히 되는 것이
앞에 글 각의 3등분하는 것에서  '중간값구하기'라는 방법을 쓴 것이 정당하다는 것의 증명이 될 수있는 것은 아닐까 하는 생각이 듭니다.
즉 두 방법이 위 그림에서 보는 것처럼 근본적으로 성격이 같은 아이디어인 것입니다.
즉,  4등분과 2등분 사이에 3 등분이 있는 것입니다.
아마 이 방법이 누군가에 의해서 이미  증명이 된 방법일 듯 한데,  제가 전에 본 기억은 없습니다.




 위에 첨부된 그림에서 b-c로 주어진 선분 AB가 있습니다,
선분AB의 양단에서 원호를 그려서 교차(a, b, c)점을 얻고,
이 교차점들을 연결해서 삼각형(a, b, c)을 그립니다.
이하 기본작도법을 따릅니다.
그리고 선분을 이등분하는 방법으로 중간점(d, e, f)을 잡고,
중간점(d, e, f)들을 연결하면,  앞에 그린 삼각형(a, b, c)의 내부에 역삼각형(d, e, f)을 얻습니다.
삼각형(d, e, f)의 아래로 내려진  두 선분의 중간점(h, j)을 같은 방법으로 잡습니다.
삼각형(d, e, f)의 위 꼭지점(a)에서 삼각형(d, e, f)의 아랫쪽 선분의 중간점(h, j))로 각각 직선이 지나게 합니다.
중간점(h, j)를 지나 삼각형(a, b, c)의 밑변에 접한 점(k, l)은
삼각형(a, b, c)의 밑변인 주어진 선분(AB)를 3등분합니다.

즉 선분AB)의 3 등분은 삼각형(d, e, f)의 아랫변을  제가 앞의 글 '각을 3등분하는 법'에서 사용한 중간값 구하기와 같은 방법으로 구한 것입니다.
각도 잘게 나누면 원호가 직선에 가까워지고,
선분이 3등분되듯이  각도 3등분될 수 있는 것이 옳을 것입니다.

따라서 선분의 3 등분을 증명하는 것은
각의 3등분이 불가능하다는   1837년 프랑스 수학자 방첼(Pierre Wantzel, 1814-1848)의 증명을 뒤집고
각의 3등분이 타당하다는 반증이 될 듯 합니다.
회원님들의 비판을 기대합니다.

 
 



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    이기두 2012.08.18 19:01
    각의 3등분불가론을 극복해야 하는 이유로 수학기초론, 정수론의 모순을 해결하는 것에 있다는 논지를 앞의글(각을 3등분하는 법)의 맨아래 댓글에서 아래와 같이 주장했습니다.
    이에대한 반론으로 선분을 3등분할 수 없지만, 3을 정수라고 하지 않는가라는 대답을 들었습니다.
    그런데 위와 같이 선분이 3등분되므로서, 이 반론도 극복했습니다.

    실제로 주류학계의 각의 3등분불가론의 근거가 작도불능문제가 이 문제를 증명한 방정식에 3제곱근이라는 무리수근이 발생하기 때문이라고 주장합니다.
    각을 3등분하려면, 3제곱근이 끼어 있기 때문에 작도가 불능이라고 한다면, 3이 무리수라고 말하는 것이 됩니다.
    그렇다면 이들의 주장은 3이 무리수라고 주장하는 것과 다를 바 없습니다.
    수리적으로 생각해 보면 분명합니다.
    증명 하는 논지가 증명이 틀리다는 것을 증명합니다. ^ ^

    우리가 틀린 논리를 극복해야하는 이유는 이런 잘못된 논리가 우리의 생활과는 아무런 관계없는 수학, 과학의 문제일 뿐이라고 생각할 수도 있지만,
    잘못된 논리는 잘못된 생각을 만들고, 우리의 역사를 왜곡시키는 것을 많이 보아 왔기 때문일 것 같습니다.
    예를 들면, 독일 나치의 유대인 학살사건의 배후에는 잘못된 과학관과 논리가 배후에 있기 때문이라는 것입니다.





    "그런데,
    제 생각에 각3등분불가론은 수학 기초론에 심각한 모순을 제기하는 것 같습니다.
    정수에 짝수만 있고, 1 이외에 홀수가 없다고 보게 되는 경우가 될 수도 있는 것 같습니다.
    또 각을 3등분할 수 없다면, 3을 무리수로 분류해야 한다는 수학의 새로운 모순이 발생한다는 뜻이 되는 것 같습니다.
    이렇게 볼 때는 (수학기초론적으로 모순이 없기 위해서)
    수학이 반드시 돌파해야 할 것이 각3등분가능성을 넘어 제가 위에 제기한 것 같이 각n등분가능성인 것 같습니다."
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    김두환 2012.08.18 19:01
    각의 3등분은 직관적으로 안될 것 같습니다.

    통상적으로 수학에서 정리의 증명은 모든 경우에 만족해야 합니다.
    만약 각도가 90도라면 쉽게 3등분 되지요.(한 각이 30도)
    그러나 만약 각도가 10도 라면, 3등분의 한 각이 10/3=3.3333 (무한소수)입니다.
    즉 10/3를 정확하게 측정할 수 없습니다.

    이것이 반론이 되어, 각의 3등분은 불가능한 것 같습니다.

    과학에서의 직관력은
    어려운 문제를 쉽게 푸는 것입니다.
    (이는 다른 접근방법을 사용하거나, 문제에 대한 재해석을 의미합니다.)
    통상적으로 물리학자들은 무엇인가 어렵고 복잡하게 문제가 꼬이면,
    문제에 대한 이해부터 다시 시작합니다.
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    이기두 2012.08.18 19:01
    저 역시 처음 이 문제에 접근할 때, 원적과 배적의 문제와는 달리 이 문제에는 무리수문제가 개입되지 않았으니, 풀 수 있는 문제가 아닐가하는 직관적인 생각으로 부터 시작했습니다.

    각의 3등분 문제는 눈금이 없는 자와 컴퍼스를 사용하는 작도법의 문제입니다.
    교수님이 제시하는 10/3을 각도기로 읽어서 작도해야 한다면 불가능할 것 같습니다.
    아무리 정밀한 각도기라도 무한소수를 표시할 수 없을테니까요.
    그러나 이 문제는 주어진 각을 3등분이 가능한가의 문제이지, 수치로 계산하는 문제가 아닙니다.

    그런데 묘한 점은 3등분불가론은 아래에서 보는 바와 같이 90도는 3등분이 가능한데, 60도는 불가능하다고 한 것입니다.
    60도를 방정식에서 근이 무리수가 나온다는 것입니다.
    이 문제의 전제는 주어진 각이 60도인지, 59도인지 따지는 것이 아니고, 각이 3등분 가능한 것인지의 문제 입니다.
    눈금없는 자와 컴퍼스만을 가진 사람이 주어진 각이 60도인지, 59도인지 알 방법이 없다는 점을 생각해야 할 것 같습니다.
    제가 60도를 3등분해 보았지만, 90도 보다는 60도가 더 정밀하게 3등분 작도가 됩니다.

    반대의 경우로 2 등분하는 것은 작도에서 공인되어 있는데, 만약에 3.333333......의 무한소수의 각을 주고, 2등분하라고 하면 이것을 2등분할 수 없겠습니까?
    작도하는 사람은 그 각이 무한소수인지 아닌지 따지지 않고 그냥 2등분 할 뿐일 것입니다. 저 역시 그냥 3등분합니다.
    이것이 눈금없는 자를 사용하는 의미가 될 듯합니다.

    "주어진 각을 눈금 없는 자와 컴퍼스로 항상 이등분할 수 있다는 것은 이미 알 것이다. 삼등분각은 어떨까? 예를 들어 A=90°를 삼등분하라는 것은 30°를 작도할 수 있느냐는 문제다. 따라서 cos(30°)가 작도수냐는 것과 동일한 문제다. 그런데 cos(30°)= √3/2은 작도수임을 알고 있다. 따라서 90°는 삼등분할 수 있다는 결론이 나온다."

    "그렇다면 60°는 삼등분할 수 있을까? 그러려면 cos(20°)가 작도수인지 알아야 한다. 일반적으로 x=cos(A/3)는 3차 방정식 4x3-3x-cos(A)=0의 근인데, 예를 들어 삼각 함수의 덧셈 정리를 쓰면 금세 증명할 수 있다. 따라서 cos(20°)는 3차식 8x3-6x-1=0의 근이다. 이 3차식은 유리계수 1차식과 2차식의 곱으로 인수분해할 수 없으므로, 60°는 ‘눈금 없는 자와 컴퍼스만으로는’ 삼등분할 수 없다! 즉 20°와 40°는 작도할 수 없는 각이며, 따라서 정9각형도 작도할 수 없다."
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    이기두 2012.08.18 19:01
    2000년 이상 학계의 불능문제로 있었고, 학계에서 불능을 공식적으로 인정한 문제에 반증한다는 것이 얼마나 어려운지 실감나네요.
    하지만, 도둑을 잡으려면 도둑의 칼과 말을 뺏어타고 쫓으라는 얘기가 있습니다.
    결국 수학계가 인정한 원리를 이용해서 증명하는 방법밖에는 없는 것 같습니다.
    이하는 미적분 개념과 칸토르의 대각선 논법을 차용한 것입니다. ^ ^

    각이 무한히 0에 가까워지면
    각을 만드는 두 선을 수평선으로 본다고 할 수 있겠습니까.
    그리고 이 경우에
    이 작도가 오차 0에 도달 할 수 있겠습니까?
    그런데 n과 4^n의 관계 때문에 각이 무한히 0에 수렴하는데, n이 무한일 필요가 없게 됩니다. 즉 각이 0 에 도달하는 것은 4^n에 의한 것이기 때문입니다.

    이것이 칸토르의 대각선 논법을 차용하여 설명할 수 있는 것 같습니다.
    자연수와 정수와 유리수는 같은 갯수라는 것을 증명하고,
    실수는 진수^n이기 때문에 다른 수와는 갯수가 다르다는 증명을 한 것으로 유명합니다.
    이것을 수학계가 부정하면, 실수가 다른 수와는 차원이 다르다는 칸토르의 정리를 부정하는 것이 됩니다.

    이런 수리적인 설명에 대한 반론을 듣고 싶습니다.
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    이기두 2012.08.18 19:01
    사과를 정확히 3등분하기 어렵다는데 동의합니다.
    정확히 2등분하기도 역시 어렵습니다.
    그냥 대충 나누고 동생보고 큰 쪽을 집으라고 하는 것이 좋을 듯 ^ ^

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