■折り紙と作図(その4)

【3】ガウスを越えて

正7角形,正9角形はそれぞれ3次方程式:x^3+x^2−2x−1=0,x^3−3x+1=0に帰着します.したがって,正7角形,正9角形の作図や倍積問題のように3次方程式に帰着する作図問題は+−×÷√の演算を組み合わせても解けません.コンパスと定規には2次を超える能力はないのです.

 一方,折り紙の折り目による包絡線として円錐曲線を表すことができますから,折り紙は2次方程式を解く力をもっていることがわかります.近年になって折り紙を使っても角の3等分が可能であることが示されました.また,折り紙を使えば倍積問題が解けます.つまり,折り紙は3次方程式・4次方程式を解く力をもっているというわけです.4次を超える能力はありませんが・・・.

 折り紙による作図の場合は

  n=2^a3^b+1

に限り,作図可能であることが示されています.

[1] n=7,9,13,19 → 作図可能

7=2・3+1

9=2・2・2+1

  13=2・2・3+1

  19=2・3・3+1

[2]n=11 → 作図不可能

 すなわち,コンパスと定規のみを使うという制限下では,正三角形・正方形・正五角形・正六角形の作図には成功するものの,正七角形と正九角形では躓いてしまう.それに対して,折り紙では正十一角形は困難なものの,正七角形と正九角形の作図はあっさり成功するのです.さらに,定規とコンパスでは正7,9,11,13,14,・・・角形を構成できませんが,折り紙では2^u3^v+1という形の素数になるとき構成することができますから,構成できない最小の正n角形はn=11であり,以下22,23,25,29,・・・と続き,より多くの正多角形を構成することができます.n≦20の範囲では,正11角形を除いて正確に作図する(または折る)ことができる.

===================================