登陆注册
6060600000062

第62章 花砖铺设问题

随着人们生活水平的提高,许多人喜欢用装饰用的花砖来铺设地面,这在数学里是一门学问,叫做平面花砖铺设问题,也叫做镶嵌图案问题,即采用单一闭合图形拼合在一起来覆盖一个平面,而图形间没有空隙,也没有重叠。什么样的图形能够满足这样的条件?

我们先来研究正多边形。先看看正方形,这是大家熟悉的图形。很明显,正方形是可以覆盖一个平面的。

再来看看正三角形,正三角形也是可以覆盖一个平面的。

正六边形也是可以覆盖一个平面,这不仅早在古希腊时就为人们所确认,而且昆虫中的蜜蜂就是用正六边形来建造蜂巢的。

为什么正方形、正三角形、正六边形能够覆盖一个平面?因为过每一个正方形公共顶点的正方形有四个,每个正方形的每个内角为90°。

4个90°正好是360°。过每一个正三角形顶点可安排六个正三角形,每个内角60°,共为360°。同样,过每个正六边形顶点有三个正六边形,每个内角为120°,三个内角正好为360°,由此可知,要使正多边形能覆盖平面,必须要求这个正多边形的内角度数能整除360°。

正五边形的每一个内角为108°,108°不能整除360°,所以正五边形不能覆盖平面,不难看出,超出六边的正多边形的每一个内角大于120°,小于180°,都不能整除360°,因此,都不可能覆盖平面。这样看来,能覆盖平面的正多边形只有正方形、正三角形、正六边形三种。

现在,我们来看看不规则的多边形能不能覆盖平面。事实上,任何不规则的三角形和四边形都可以覆盖一个平面。

那么,其它怎样的凸多边形才能覆盖平面呢?1918年,法兰克福大学一位研究生卡尔·莱因哈特曾研究过这个问题。后来发表了论文,确定五种可以拼成平面的凸多边形。例如,他提出如果五边形ABCDE的各边分别为a、b、c、d、e,且c、e两边所对的角C、E满足C E=180°,又a=C,那么这个五边形就能覆盖平面。

1975年,美国人马丁·加德纳在《科学美国人》这本杂志上开辟了关于镶嵌图案的数学游戏专栏,许多数学家和业余数学爱好者都参加了讨论。其中有一位名叫玛乔里·赖斯的家庭妇女是最热情的参予者之一。

赖斯是五个孩子的妈妈,1939年中学毕业前只学过一点简单的数学,没有受过正规的数学专业教育。她除了研究正多边形的拼镶问题以外,还研究了一般五边形。她独立地发现了一种五边形,并且向加德纳报告了这一发现:“我认为两条边长为黄金分割的一种封闭五边形可以构成令人满意的布局。”加德纳充分肯定了赖斯的研究成果,并把她介绍给一位对数学与艺术的和谐具有职业兴趣的数学家多里斯·沙特斯奈德。在沙特斯奈德的鼓励下,赖斯又发现了解决拼镶问题的另外几种五边形,而使这样的五边形达到13种。

赖斯的家务很忙,但这没有影响她研究的热情。她对人说:“在繁忙的圣诞节,家务占踞了我大量的时间,但只要一有空,我便去研究拼镶问题。没人时,我就在厨房灶台上画起图案来。一有人来,我就急忙地把图案盖上。因为我不愿意让别人知道我在研究什么。”

同类推荐
  • 现代物流运输管理

    现代物流运输管理

    本书以物流运输作为研究对象,从物流管理角度出发,全面系统地介绍了现代物流运输的基本原理和运作实务。全书共十章,主要内容包括:现代物流运输概述、现代物流的基本结构、现代物流运输决策、物流运输实务、集装箱运输管理、国际物流运输、物流运输信息管理、物流运输成本管理、物流运输纠纷及其解决、物流运输组织管理等内容。
  • 世界经典智破奇案故事

    世界经典智破奇案故事

    侦破故事不论是民间流传还是真有其事,都代表人们不平则鸣的心声。在侦破故事中,忠诚与奸诈、勇敢与怯弱、正义与邪恶、公理与私刑、智慧与愚昧、文明与落后、真善美与假丑恶,形成了鲜明的对比、激烈的矛盾经过冲突、斗争、较量,一切表现得淋漓尽致, 使我们不得不对邪恶产生深深地憎恨,对正义产生不懈地追求。
  • 青春的记忆(最受学生喜爱的哲理美文)

    青春的记忆(最受学生喜爱的哲理美文)

    许多优秀的作品来自于作家青春的记忆。青春对于每一个人来说都是印象深刻的。而关于青春的文字也是最能打动人的,它是那么贴切,那么深入人心,引人感怀。这本书的散文写的是青春岁月里的感动、感悟、思索,作者因为那某一次的感动、感悟或是思索,而更进一步获得对人生的了解,相信你也可以在这里找到共鸣。
  • 唐诗(语文新课标课外必读第五辑)

    唐诗(语文新课标课外必读第五辑)

    国家教育部颁布了最新《语文课程标准》,统称新课标,对中、小学语文教学指定了阅读书目,对阅读的数量、内容、质量以及速度都提出了明确的要求,这对于提高学生的阅读能力,培养语文素养,陶冶情操,促进学生终身学习和终身可持续发展,对于提高广大人民的文学素养具有极大的意义。
  • 必谈的数学趣闻

    必谈的数学趣闻

    《必谈的数学趣闻》是《中小学生数学爱好培养》系列之一:为了培养中小学生对数学的兴趣,使同学们能够早日迈入数学的殿堂,我们特地编写了这套'中小学生数学爱好培养'丛书,本套丛书根据具体内涵进行相应归类排列,有数学趣闻、数学密码、数学之谜、数学智力,以及数学游戏、数学闯关等内容,并配有相应的答案,具有很强的趣味性、实用性、可读性和知识性,是中小学生培养数学爱好的配套系列读物。
热门推荐
  • 星途璀璨:汐雨尧尧

    星途璀璨:汐雨尧尧

    周汐雨,天才影后,二十五岁就获得影后之称,事业正蒸蒸日上时,却发现自己的男友与其最痛恨的表妹在一起。本打算就此结束,但是还没等结束这段感情就自己先结束了这年轻的生命,而在死亡之后自己却意外重生,但却重生在一个同样叫周汐雨的高中生学妹身上,于是,周汐雨重新来过,更早封影,但是这影帝吧咋就跟我过不去呢?还有那个顾氏总裁,你说你好好当总裁就当呗,这又是要闹哪样?我初吻都给你了。“不够,我要和你造宝宝。”
  • 白桦黑柳

    白桦黑柳

    刚一来就遇到了瘟神?老天,偏偏这家伙还是一个毒舌,每天遭他欺负就算了,居然还让我在别人面前出丑!要不是为了保护我仅有的形象,我早就杀他个一万遍了!!!!!————————————————————————大家喜欢记得收藏送花哦~我是不指望大家推荐或者打赏了。~~~~(>_<)~~~~
  • 命中注定我是你

    命中注定我是你

    她,吴艾琳他,黄文轩他们两个从出生就认识,他比她大了三天,他和她在同一个病房住了一周,他和她住在同一个小区,他和她从幼儿园起就从未分开。大学时,他们之间有了一个第三者,黄琼微,是他的表妹,很喜欢他,但她不知道,他心里早就住了一个人,就是吴艾琳。吴艾琳从初中开始,才意识到,自己把对这位哥哥的亲情变成了爱情,并且愿意义无反顾!大学毕业后,他们又将何去何从!谁与谁缘分未断,谁又与谁有缘无分?!
  • 天梵行

    天梵行

    宇宙不断地在淬炼着万物,人索梵体已经在次元形成的时候消失,人以魂骨炼其身,小炼为今生,大炼为法则.风萧以失去道身的千年妖胎一世横空出世欲将炼就万物,在位面的交替中,有感情,有友情,还有亲情,看着这些东西慢慢的离自己远去,风萧怎样去与法则争轮回。
  • 刑天罚道

    刑天罚道

    因为投胎差所以命贱有时觉得死也是一种解脱所以我们不怕死我们用敌军想像不到的毅力给敌人带来死亡的恐惧一换三一换二哪怕一换一也值了,这可能就是命贱的好处吧.反抗命运我必刑天罚道
  • 欢喜冤家:腹黑,请多指教

    欢喜冤家:腹黑,请多指教

    师若涟一脸苦闷“唉,小兔崽子们不能消停点么!”身为千金的她不让爸妈的阴谋得逞竟然当了名不副实的辅导员,还遇到了如此腹黑的他!显然,她的心都碎成渣渣了。
  • 繁花终落成梦

    繁花终落成梦

    这个世界并非非黑即白,正如人没有绝对的好坏和绝对的善恶之分,当他明白时,她已远远地逃离,当她明白时,希望,他还在。从小的青梅竹马,只因一句“扫把星”就灰飞烟灭。五年的陪伴,三年的逃避,一年的找寻。是她背叛了誓言,还是他有佳人相伴。在这个无知且黑暗的世界里,准备探寻,与他们的爱恋,桎梏,牵绊,你,是否准备好?
  • 创世战纪元

    创世战纪元

    虫族天灾湮灭地球之时,人类联手史前失落文明击溃虫族,然而胜利光辉没有持续多久,更大的惊天秘闻让人类高层震惊无措。即便有史前失落文明的帮助,人类也无法短时间内消化过于先进的知识文明,为了缓解人类的文明断层,一款名为《战纪元》的真实虚拟网游由人类顶尖各类学家和史前失落文明机的器智能共同研发而成,网游规则包含整个史前文明所理解到的所有宇宙规则。而虫族大战时因脑部受伤而失忆的战家天才战倾城则通过这款网游再次一步步的走上人生巅峰:纵横万殿敌星云,统帅八荒灭六合,战家倾城再现世,力挽狂澜乾坤罗!
  • 皇帝哪里跑

    皇帝哪里跑

    去旅个游都能穿越!还要嫁给最最冷酷的四阿哥!这是那门子道理啊!
  • 阳炎符咒师

    阳炎符咒师

    一个追求自由的人!