尺規作圖:截取已知線段
一般的尺規作圖要求「圓規不能固定」,即圓規的唯一作用是:以任一點為圓心,以任意距離為半徑作圓。而初中數學中的「作一條線段等于已知線段」的作法中涉及圓規的「截取與平移」,這是不允許的。
本文介紹在一般的尺規作圖中「截取已知線段」的三種方法。
問題:已知平面上一線段 \(AB\) 和一點 \(C\),求作一點 \(D\) 使得 \(CD=AB\)。

方法一:通過等邊三角形構造三角形全等。
關鍵方法:已知平面上一線段 \(AB\),求作等邊三角形 \(ABP\):
以 \(A\) 為圓心,\(AB\) 為半徑作圓。以 \(B\) 為圓心,\(AB\) 為半徑作圓。兩圓交點即為 \(P\)(不妨取上方的交點)。

對于原問題,同上方法作等邊三角形 \(ACQ\):

同上方法作等邊三角形 \(PQD\) 即為所求。

方法二(《幾何原本》第一卷,命題 \(\text{I.2}\)):
作等邊三角形 \(BCP\):

作射線 \(PB,PC\)。以 \(B\) 為圓心,\(AB\) 為半徑作圓。交射線 \(PB\) 于 \(Q\):

以 \(P\) 為圓心,\(PQ\) 為半徑作圓。交射線 \(PC\) 即為 \(D\)。

方法三:通過中垂線構造線段相等。
以 \(A\) 為圓心,\(AC\) 為半徑作圓。以 \(C\) 為圓心,\(AC\) 為半徑作圓。兩圓交于 \(P,Q\),作直線 \(PQ\):

以 \(A\) 為圓心,\(AB\) 為半徑作圓。交直線 \(PQ\) 即為 \(D\)。

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