楼主你研究过“火柴棍作图”吗?过程比较复杂,但是结论是火柴棍作图等价于尺规作图。把你这个尺子看成一个火柴棍就可以了,甚至不需要刻度。
我把Matrix67的文章缩略转述一下给你,他介绍的比较详细——
火柴棍可以做的基本操作如下(显然一把尺子也可以做到,把尺子的长度视为单位长度即可):
1. 给定一点 A ,可以作一条通过 A 的单位长线段,或者以 A 为端点的单位长线段
2. 给定距离不超过单位长的两点 A 、 B ,可以作一条通过 A 、 B 的单位长线段,或者以 A 为端点过 B 的单位长线段
3. 给定距离不超过单位长的两点 A 、 B ,可以以 AB 为底作一个腰为单位长的等腰三角形 ABC 。
4. 给定距离不超过单位长的点 A 和直线 l ,可以作一条以 A 为端点,另一端点在 l 上的单位长线段。
进阶操作一:延长一条单位线段(图一)
做一系列等边三角形即可。注意到线段 CD 与 AB 平行且相距 √3/2 个单位,因而我们可以用这个操作将给定线段平移 √3/2 个单位。
进阶操作二:找出一条小于单位长度的线段的中点(图二)
AB 为已知线段。先作等腰三角形 ABC ;再作等边三角形 BDC 和 AEC 。 BD 和 AE 的交点 F 就在等腰三角形的中线上。 CF 的延长线与 AB 的交点就是我们所求的点 G 。(由于 CG 还平分了 ∠ACB 和 ∠DCE ,因此我们相当于有了一个平分不超过 120° 且不等于 60° 的角的办法,另外,由于 CG 还是 AB 的垂线,因此我们又有了过点 C 向已知线段作垂线的方法——先利用基本操作 4 摆出线段 CA 和 CB ,再找出 AB 的中点。即使 C 点离已知线段很远,垂线照样作得出,因为可以将已知线段不断平移 √3/2 个单位,让它与 C 的距离足够近,除非这个距离恰好为√3/2)
进阶操作三:找出一条恰为单位长度的线段的中点(图三)
AB 是一条长度恰为单位长的已知线段。首先在 AB 上任取一点 C ,然后作等腰三角形 ADC 。作等边三角形 CED ,与 AD 交于 F ;作等边三角形 AGD ,与 CD 交于 H ; CE 和 AG 交于点 I 。那么, DI 与 FH 的交点 J 就是 FH 的中点。 BH 与 AD 交于点 K , KJ 与 AB 交于点 L ,于是我们就成功地把 FH 的中点转移到了 AB 的中点。此外这个构造弥补了之前留下的空缺。现在不但能平分恰为 60° 的角,也能引出距离恰为 √3/2 的整倍数的垂线了。
进阶操作四:过已知线段外的一点,作已知线段的平行线(图四)
不断平移已知线段 AB ,直到它离点 C 足够近。以 C 为端点,利用公理 4 引单位长线段 CD 、 CE 。反向延长 CE 到 F ,则 ∠DCF 的平分线 CG 就与 AB 平行。
进阶操作五:找出距离大于单位长的两点的中点(图五)
已知很远的两点 A 、 B 。向任意方向作单位长线段 AC ,过 B 作它的平行线段 BD 。利用一系列等边三角形,构造逐渐向中间靠拢的中心对称图形,直到出现距离不超过单位长的对称点 E 、 F 。 EF 的中点也就是 AB 的中点。结合之前的方法,既然能找到任意线段的中点,平分大于 120° 的角也就不成问题了。
进阶操作六:做一条过已知两点的直线
为了连接 AB ,首先找出 AB 的中点 C ,然后找出 AC 的中点 D , BC 的中点 E ……如此下去,直到 AB 之间有足够多的点,相邻点的距离都小于单位长度即可。
进阶操作七:作出直线和圆的交点(图六)
给定点 A 、点 B 、圆心 C 以及圆周上一点 D ,需要找到直线 AB 与(隐形的)圆 C 的交点 L 。过 C 作 CE⊥AB 。在 CE 的反向延长线上截取 CF=CD (这是可以办到的,比如先作 ∠DCF 的角平分线,再过 D 作角平分线的垂线;后面还会反复用到这个技巧)。向任意方向作单位长度线段 FG 。过 E 作 CG 的平行线,交 FG 延长线于 H 。过 H 作 EC 的平行线,截取 HI=HG 。作 IJ∥HE 。最后,利用基本操作4 作单位长线段 JK ,则过 C 平行于 JK 的直线与 AB 的交点就是所求点 L 。
