阿波羅尼奧斯問題
 

阿波羅尼奧斯

  初中數學之中,幾何作圖可算是一個有趣的課題。最有趣的是只可以用圓規和直尺,工具之簡單而要繪劃出不同要求的圖像總是很傷腦筋,而其中作出三角形的內切圓或外接圓也可算是最驚人的結果了。有一天當參加一個研討會時,有講者提出一個說來簡單的幾何作圖題:「作一圓與已知三個圓相切」。從字面意義,以至圖像理解也是簡單不過,真的要作圖時,卻總得不到要領。後來才知道這是有名的「阿波羅尼奧斯問題」(Apollonius' Problem)

  阿波羅尼奧斯問題(Apollonius' Problem)是古希臘數學家阿波羅尼奧斯(Apollonius of Perga)提出討論的幾何作圖問題,載於他的著作《論接觸》(Tangency)中,雖然原書經已失傳,但學者帕波斯(Pappus of Aexandria)記載了他在《論接觸》一書中所討論的作圖問題:設有3個圖形,可以是點、直線或圓,求作一圓通過所給的點(如果3個圖形中包含點的話)並與所給直線或圓相切。事實上,總共有10種可能情形,其中與已知3點相切者,便是外接圓;與已知3直線相切者,便是內切圓;而最著名的是已知3個圓相切,便是「阿波羅尼奧斯問題」。

  據說阿波羅尼奧斯本人解決了這一問題,可惜結果沒有流傳下來。1600年,法國數學家韋達(Viète)在一篇論著中應用了兩個圓相似中心的歐幾里得解法,通過對每一種特殊情況的討論,嚴格陳述了該問題的解。後來牛頓Newton)、蒙日Monge)、高斯Gauss)等許多數學家都對這一問題進行過研究,得到多種解決方法。當中以法國數學家熱爾崗(Gergonne)約於1813年給出的解法較完美及有代表性。他先畫出各已知圓的等冪心與相似軸,然後確定與已知圓有關的極點,最後得到所求圓與已知圓的切點。如果不只限用尺規作圖,則有更多種的解法,例如解析幾何、反演變換等。

 



參考書目:
1. 杜瑞芝主編,《數學史辭典》,山東教育出版社,山東,2000。
2. И. Я. Бакельман著、王敬庚譯,《蘇聯青年數學科普叢書7──反演》,九章出版社,台灣,1998。