在 X Round 4 上做到了「尺规作图」这道非常有意思的提交答案题,后来得知这题的灵感来自于 Euclidea 这款智力游戏,于是决定体验一下。
然后就意识到自己的几何水平退化实在太厉害了…于是决定写篇博客来记录一下自己解题的心路历程。
1. Alpha
1.1 Angle of 60°
给出一条射线,作出以该射线为边的 60^\circ 角。
解法
为了方便,设射线的端点为 O,我们在射线上取一点 A。
分别以 O 和 A 为圆心,OA 为半径画圆,两圆交于 C_1,C_2 两点。
则 \angle C_1OA 和 \angle C_2OA 即为所求角(别忘了把这两个角都画出来,从而解锁隐藏 V 星)。
花费:3L 3E(只画出一个角)。
附最终完成图(图简单就不标点了):

1.2 Perpendicular Bisector
作出给定线段的中垂线。
解法
初中几何经典作图题。
步骤如下:
- 以两端点为圆心,线段长度为半径,作两个圆,交于 C_1,C_2 两点;
- 连接 C_1C_2 即为所求。
附中垂线的判定:若一点到线段两端点的距离相等,则该点在线段的中垂线上。
结合这个定义就不难理解这个作图方式的正确性了。
花费:3L 3E。

1.3 Midpoint
给出两定点,作两定点连线段的中点。
解法
连接两点后,直接用中垂线工具作出线段中垂线,与线段交点即为所求。
花费:2L 4E。
图略。
1.4 Circle in Square
作给定正方形的内接圆。
解法
- 连接一条对角线;
- 作其中一条边的中垂线,交该边于 P 点,交对角线于 O 点。
- 以 O 点为圆心,OP 为半径作圆,即为所求。
花费:3L 5E。

1.5 Rhombus in Rectangle
在给出的矩形内,作一个菱形,要求菱形和矩形共用一条对角线。
解法
关于菱形的对角线,有一个重要性质:菱形的两条对角线互相垂直平分。
矩形的一条对角线作为菱形的一条对角线,菱形的另一条对角线可以利用上述性质,作出矩形对角线的中垂线得到。
因为矩形有两条对角线,我们可以用两条对角线分别画出两个满足题意的菱形。
花费:3L 5E(只画出一个菱形)。


1.6 Circle Center
求出给定圆的圆心。
解法一
在圆上任取两点,作两点连线的中垂线,由垂径定理可知这条中垂线为圆的直径,作该中垂线的中垂线,交点即为圆心。
花费:2L 6E。

解法二
上面的做法满足了 L 的要求,但没有满足 E 的要求。而下面的做法恰恰相反,只满足了 E 的要求。这意味着我们需要完成这关两次才能拿到三星的成绩。
先在圆上取一点,记为 A,以 A 为圆心,小于给出圆直径的长度为半径 r 作圆 C_1。
C_1 与给出的圆会产生两个交点,记其中一个交点为 B。接下来以 B 为圆心,AB 长为半径(因为 B 在 C_1 上,所以 |AB|=r)作圆 C_2。
C_2 与给出的圆会产生两个交点,其中一个交点为 A,另外一个交点我们记为 C。接下来以 C 为圆心,BC 长为半径(和上面同理,|BC|=r)作圆 C_3。
C_1 和 C_2 会产生两个交点,记作 D_1,D_2。 C_2 和 C_3 会产生两个交点,记作 E_1,E_2。
连接 D_1D_2 和 E_1E_2 并延长,两直线交点即为所求圆心。
结合下图理解一下:

为什么这样是正确的呢?
D_1,D_2 到 A 点和 B 点的距离相等,因此 D_1D_2 为 AB 的中垂线。
而根据垂径定理,D_1D_2 一定经过圆心。
同理 E_1E_2 是 BC 的中垂线,且也过圆心。
因而这两条直线的交点即为圆心。
花费:5L 5E。
1.7 Inscribed Square
给出圆的圆心,求其内接正方形。正方形的一个顶点已经给出。
解法一
正方形两条对角线互相垂直平分,根据这一性质可以画出两条对角线,从而确定四个顶点。将这几个顶点顺次连接即可。
花费:6L 8E

解法二
我们设给定圆的圆心为 O。
按以下步骤来作图:
- 在圆上取一点 A,以 A 为圆心,AO 长为半径作圆 C_1,交给定圆于 B,C 两点。
- 以 B 为圆心,BC 长为半径作圆 C_2,交给定圆于 D 点。
先附一张图:

接下来,连接 BO 并延长,交 C_2 于 E,F 两点,连接 DE 并延长,交给定圆于 G 点。

连接 DF 交给定圆于 H,连接 AG,AH,则四边形 AHDG 即为所求正方形。

正确性证明待填坑。
2. Beta
2.1 Angle Bisector
作已知角的平分线。
解法一
在一边上任取一点 A,以顶点 O 为圆心,OA 为半径作圆,交另外一边于 B。
作 AB 的中垂线即为所求。
根据等腰三角形三线合一的性质容易证明这一作法是正确的。
花费:2L 4E

2.2 Intersection of Angle Bisectors
求给定三角形的内心(三条角平分线的交点,三角形内切圆圆心)。
解法一
直接用角平分线工具画出两条角平分线,交点即为所求。
花费:2L 8E

解法二
用传统的方式画角平分线,作图的时候重复利用已有的圆即可减小开销。
(待填坑)
2.3 Angle of 30°
给出一条射线,作出以该射线为边的 30^\circ 角。
解法一
基于 1.1 的做法先作出 60^\circ 角,然后作角平分线即可。
花费:3L 6E(作出一个角)
解法二
2.4 Double Angle
给出一个已知角,构造一个角与之相等,且该角与已知角共用一条边。
解法
考虑构造全等三角形。
3.5 Circle through Point Tangent to Line
给出直线外一点 A 和直线上一点 B,构造一个圆,使其过 A 点,且与直线在 B 点相切。
解法一
利用 B 点是切点这一条件,过 B 作切线的垂线,则圆心一定在该垂线上。
然后利用垂径定理作 AB 的垂直平分线,与切线的垂线交点即圆心。
花费:3L 7E。
是时候表演尺规作正十七边形了
啊啊啊这个超好玩der!
求问网页版网址qwq
我记得我在博客里贴了网址啊(
https://www.euclidea.xyz/
您这个网站是自己做的么qwq
如果是用其他模板做的,能给一下网址吗?
%%%数学大佬
挺好玩的,已通关
不会的请私信我(ID:375576)
这个,本初一表示还可以。大佬nb!
挺好玩