尺規作圖
複製線段(copying a segment)
你在紙的一角有一段某長度的線段,想在別處某個選定的點、朝某個選定的方向,作出一模一樣的複本。用尺的話只要讀出公分數再量一次——但古典規則禁止測量。問題在於:只用無刻度直尺,加上一把甚至可能會收合的圓規,要如何重現一個長度?
以下用硬圓規說明(一般作圖也都這樣畫)。給定線段 AB 與目標點 C,先過 C 沿著你要的方向畫一條直線。把圓規張到 |AB| 那麼寬,針腳放在 C,畫一段弧與該直線交於點 D。於是 |CD| = |AB|,CD 就是你的複本。若用可收合圓規,得多畫幾段弧(歐幾里得 I.1 會先作一個正三角形來把長度固定住),但結果完全相同。
這是最基礎的作圖:後面幾乎每個圖形都仰賴「能把已知長度放到任何需要的地方」。用三條給定邊長作三角形、沿一條線標出等距的步距、複製角——這些背後都悄悄用到了複製線段。它是日常「測量」動作的作圖版本,只是用幾何來做,而非用有刻度的尺。
要把 AB 複製到從 C 出發的射線上:把圓規張到 |AB|,針腳置於 C,畫弧與射線交於 D。此時 |CD| 正好等於 |AB|,全程沒有從刻度上讀任何數字。
圓規一揮就搬移一個長度——這是一切作圖的種子。
這作圖複製的是長度,不是位置:CD 與 AB 是全等的兩條線段,並非同一條。若用真正會收合的圓規,需要歐幾里得兩步驟的暖身,但結果一樣。
又稱
另見