3等分可能な角                             戻る

 任意の角度は定規とコンパスで3等分できないことは証明されているが、3等分できる角
度もある。例えば、90°を3等分することは容易である。

  

 では、0°以上、360°未満のどんな角度ならば3等分できるのだろうか?こんな疑問を
HN「H.I.」さんが当HPの掲示板「出会いの泉」(平成22年2月27日付け)に書き込まれ
た。(→参考 : 「3次方程式と作図の問題」)

 以下は、HN「H.I.」さん自身による解法である。(平成22年3月1日付け)

補題1 任意の大きさの円とそれに接する接線について、接点の平角を n 等分する
    線分と円との交点同士を円に沿って結ぶと、正 n 角形が作られる


 証明は、円周角と接弦定理から明らかだろう。

補題2 目盛りのない定規とコンパスのみ作図可能な正 n 角形は、
        n=2k・F (Fは互いに異なるフェルマー素数同士の積)
    だけである


 ここで、補題1で示した円周角の大きさθは、 θ=180°/n=180°/(2k・F) と表せ
るので、これを3倍した角度を θ3 と表すと、

  θ3=540°/(2k・F) 

 2倍の角度、あるいは半分の角度は任意に作り出せるので、2の素因数をすべて消去して
整理すると以下のようになる。

  θ3=2m・33・5 / ( 3a・5b・17c・257d・65537e )

 ただし、m は整数で、a〜e は、すべて 0 または 1

 これをより一般化していくと、

 k等分出来る角度θkは以下のように表せる。

   θk=2m・32・5・k / ( 3a・5b・17c・257d・65537e )

 ただし、kは2の累乗数でない正の整数、mは整数、a〜eは、すべて 0 または 1

 これをエクセルで計算したところ、度数法表記で整数となる角度(0°〜360°)となるの
は以下のようである。

  
3等分 5等分 7等分
9 15 21
18 30 42
27 45 63
36 60 84
45 75 105
54 90 126
72 120 168
90 150 210
108 180 252
135 225 315
144 240 336
180 300  
216 360  
270    
288    
360    

 よく知られている 60°の3等分ができない事実も一応確認できたが・・・本当にk等分で
きる角度はこれしかないのだろうか?今ひとつ確証が持てない。

 この話題に関連して、らすかるさんからご教示いただきました。(平成22年3月1日付け)

 3度の倍数は作図できるので、63、81、99、・・・ などの9の倍数は、すべて3等分でき
ると思う。5等分、7等分も同様である。

 HN「H.I.」さんによれば(平成22年3月1日付け)、円を利用してるので、正 n 角形にな
らない角度が漏れているとのこと。整数で表せない角の方が多いので、結局多くの角が漏
れているらしいとのことである。

 「いつ、角の3等分が可能か?」という問いかけに対して、次の事実が知られている。

定 理  n が3で割り切れない自然数のとき、角 180°/n は定木・コンパスのみ
    を用いて、3等分できる


(証明) n は、3で割り切れないので、ある整数 a 、b が存在して、 na+3b=1

 このとき、両辺に 60°/n を掛けて、 60°a+(180°/n)b=60°/n

 ここで、 60°は作図可能な角度であり、180°/n は与えられた角度であることに注意

すると、上式は、60°/n の作図方法を示している。 (証終)

例 36°は3等分可能であることを示せ。(因みに、36°は正5角形が作図可能より作図可能!)

(解) 5×(−1)+3×2=1 の両辺に、12°を掛けて、

        60°×(−1)+36°×2=12°

  よって、∠AOBが与えられた角度36°を表すとすると、

 その2倍の角度72°は、∠AOCで与えられる。

  点Cは、A、Bを通る円Oと、点Bを中心とする半径ABの

 円との交点として作図される。

  そこで、正三角形OCDを作図すれば、∠AODが求める

 ∠AOBの3等分になっている。 (終)


 上記より、12°は作図可能なので、その4等分である3°も作図可能である。このことか
ら、3°の倍数もすべて作図可能である。(らすかるさんが言われていたことの確認)

(参考文献: ローレン・C・ラーソン 著 秋山 仁・飯田博和 訳
       数学発想ゼミナール 1 (シュプリンガー・フェアラーク東京))



      以下、工事中