正方形的“自我复制”

来源 :数学大王·智力快车 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chchang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  美国的马丁·加德纳先生是一位擅长攻克智力题的大师。作为一名大师,他并不是普通意义上的数学家。每当数学界有了新的发现,他都非常关心,而且往往像接力赛那样接过来,在趣味数学方面继续探讨。他的题目既有广度又有深度,真正做到了雅俗共赏。
  有一次,美国南加利福尼亚大学的所罗门·戈洛姆教授对一类能“自我复制”的图形进行研究。所谓“自我复制”,就是某个图形能被划分成若干个更小的全等图形,它们相互间不但面积相等、形状相同,而且和原图形也是相似的。最简单的例子就是:任何正方形都可以一分为四,成为四个更小的正方形,如图①所示。
  还有缺掉一角的正方形,也就是L形,以及“狮身人面像”那样的图形也都有这种性质。它们都能一分为四,并且永远这样复制下去。能“自我复制”的图形在几何学中颇引人注目,马丁对此也相当关注。他同样也提出过1个如图②所示的图形。这是由6个正方形组成的多边形,也是1个能“自我复制”的图形。马丁居然把它分成了144个更小的全等图形。还有一位罗伯特·雷德把它分成为36个小块(图③),让大家叹为观止。
  不过,我们今天主要是想介绍马丁·加德纳先生把正方形一分为三的办法。当然,谁都知道正方形是不可能分成3个较小正方形的。但是马丁降低了条件,他只要求把1个正方形分成3个小图形并相似即可,它们的面积可大可小,并不强求。特别是绝对不要求和原来的正方形相似。
  那么,如果用2条竖线把正方形一分为三如何?如图④所示。
  凡事都是由简至繁,由浅入深的。图④完全能满足马丁原先的要求,所以不能因为太简单而抛弃它。接着马丁就考虑能否把正方形再分成3个不一样大小的矩形。为直观起见,他把正方形画成6×6的方阵,然后沿着格线就轻而易举地实现了目标,如图⑤所示。
  “这并不难,我也能做得到!”如果你能这么想就太好了。不过你得注意那2个小矩形和较大的矩形是否相似。定神一看,没想到小矩形的长和宽都是大矩形长和宽的 ,这是相似形成立的必要条件:对应边的比例必须一样。
  能不能把正方形分成大中小3个不同的矩形,使它们的形状也相似?这就得好好动动脑筋了。现在再依靠格线来划分就很困难,于是马丁在纸上先随意涂抹起来,结果他画出了图⑥。
  这里有3个大小不同的矩形,好像也彼此相似。不过,从数学角度来说,这得加以证明才行。结果马丁解决了这一问题:3个矩形的长宽比都等于1∶0.56984(证明从略)。
  马丁还设计了2个L形的解,那比较简单,通过格线基本就能解决了。如图⑦和图⑧所示。
  谁都能一眼看出:2个小L形都是全等的。而它们和大L形的各边比例也都相等。你不妨自己检验一下。
  马丁又给自己提出任务了。因为以上图形的分割线全是横线或竖线。那么,能不能用斜线来分割图形呢?当然能!最容易的就是图⑨。
  原来,只要利用2条对角线就能把正方形分成3个等腰直角三角形!
  现在,马丁设想可以把正方形分成3个梯形,而且是直角梯形,如图⑩所示。这能成功吗?能,马丁进行了详细的推导,证明可以这样分(推导从略)。
  马丁的数学功底在这里得到了充分的运用,数学大师真是名不虚传。不过,你还能构思出把正方形一分为三的不同方案吗?赶快把你的灵感发给我们吧!微信互动,更有惊喜礼物哟!
其他文献
说起田野,我们很容易联想到关于它的古诗,如“春种一粒粟,秋收万颗子”,描写的就是一片田野丰收的景象。看到这里你不禁会问:田野里有什么?这可数都数不过来。你看,春天有悄悄从土地里探出脑袋的小草,夏天有在绿色荷叶上停驻的蜻蜓,秋天有笑弯了腰的金色麦穗,冬天有可爱似精灵的雪花……在不同的季节,包罗万象的田野就像一幅幅不同的油畫,向我们展现着大自然的神奇与美丽。西瓜 ④⑦  西瓜又称夏瓜、寒瓜,属于葫芦科
平平淡淡的生活中,我们总会遇到一些让人觉得特别意外的事情,比如突然中了彩票,跟同桌是同一天生日,在马路上碰到了很久很久没联系的同学……有不少人会认为这些意外是缘分或者天意。但其实,我们所谓的缘分有时并不是突然冒出来的,是可以解释的。飞机上的“朋友”  在飞往某地的飞机上,无聊的杰克和身边素不相识的汤姆聊了起来。  杰克:“这么说,你是从波士顿来的了。我的老朋友露茜是那儿的律师。”  汤姆:“这个世
宝藏密道弯弯曲曲,有些地方四个小伙伴不得不撅着屁股爬行,四周不时传来动物“啾啾”的叫声。终于,唐小猫他们来到一个宽敞的石厅。石厅通往三个石洞,石洞洞口的形状很奇怪,有的像云朵,有的像月亮,有的像雨伞。  “现在该走哪条路?”大山对走哪条路没有一点儿主意。  花朵朵和林爽看向唐小猫,唐小猫记得藏宝图的背面有几道智力题,其中有一道好像有云朵、月亮和太阳的图案。唐小猫取出藏宝图,翻到背面,开始找相关的题
新的石洞走到一半就没路了,他们面前出现了一片断崖,崖下是深不见底的深渊。断崖距离对面的石洞有十几米的距离,而在石洞顶端垂下了四根绿色的藤条。  “看样子,通过这关我们可能就能看到宝藏了。”林爽说。  花朵朵望着深不见底的深渊,说:“可是我们要怎么到对面去呢?”  大山跳起来抓住藤条,用力扯了扯,说:“很结实,荡过去不就行了。”  “这里离对面少说有十米,一根这么短的藤条能荡多远哩。”花朵朵气鼓鼓地
放暑假了!跟我一起去游樂园玩玩吧!
出题人:阿木老叔  难度:★★☆  答题人:众小编  从前有一个财主应邀到外乡赴宴,随行的还有一名长工,在路上照顾他。  到了主人的家门口,财主却一人进去,把长工留在门外。财主在主人家大吃大喝,早把门外的长工忘在脑后。  财主酒足饭饱后,准备回家。主人把财主送到门外,见到长工,对财主说:“哎!我不知道您的仆人还待在门外,应该让他进来吃点儿东西。”  财主摇了摇头,不以为然地说:“没事,我吃了就等于
保卫糖果  思思的好朋友亮亮到思思的家里小住一段时间。思思妈妈为他们买了一些糖果,但是妈妈要求他们每天只能吃三颗糖。“糖吃多了会牙疼,不过,我也不想每天监督你们,能不能遵守约定,全凭你们自觉。你们能做到吗?”妈妈拿着糖果对他们说道。思思拍着胸脯,说:“这好办,把糖都放在我这儿,我保准不偷吃,也不让亮亮偷吃!” 亮亮一听,直跺脚:“不行,不行,你要是偷吃了,我都不知道!放在我这儿,我才放心。”妈妈看
阿基,出来玩啊!我们去跑步。  不,我今天可不能出门。  怎么回事?天下人都知道你最喜欢跑步了,为什么不出来呢?  (一)星座理论有没有错?  阿基里斯郁闷道:“最近我读了关于星座的书。这段时间水星逆行,对我的星座产生了影响,所以我的运气会很差。如果我出门就会有血光之灾!我怎么敢去跑步呢?对了,书上还说让我远离海鲜——我更不能和你一起出门了!”  乌龟不以为然:“我才不信你这套说法!你不能把运气和
“爆竹声中一岁除,春风送暧人屠苏”,大家新年好啊!  不得不跟大家汇报一下,在谜糊糊的极力挽留下,我们冒险三人组是在谜之岛度过新年的。  提到这个新年,贝卡我有一肚子话要说,这可是我第一次在外过年。谜之岛四季如春,虽然没有冬天的冷冽,但是到了年关,到处张灯结彩,布置得喜气洋洋,也别有一番新年的喜庆。岛民们热情地杀鸡宰羊,不一会儿家家户户都飘出了饭菜香,我的口水都要流下来了……嗯,要说谜之岛的新年有
噜噜,今天我教你下“猫吃老鼠棋”!  什么?居然还有这样的棋类游戏?猫在哪?老鼠又在哪?  嘿嘿,跟我一起看下去吧——  猫吃老鼠棋是流传于我国民间的一种棋类游戏。棋局过程就是猫吃老鼠的过程。猫怎么样才能吃到老鼠呢?一起来看看吧!  猫吃老鼠棋的棋盘是缺了一个角的正方形。线与线的交点就是猫吃老鼠棋的棋位,全盘一共有24个棋位。游戏规则  规则一:对弈双方通过某种方式(比如“锤子剪刀布”)决定谁持白