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動(dòng)手學(xué)數(shù)學(xué)之四十一(透視正二十面體)

2009-03-09 18:24:09      下載試卷

  將正二十面體的一對(duì)對(duì)邊連接起來(lái),會(huì)形成一個(gè)長(zhǎng)方形,其長(zhǎng)與寬的比例呈黃金分割比(大約為1.618).如果用卡片紙剪出3個(gè)相等的這類(lèi)長(zhǎng)方形,并如圖1所示對(duì)稱(chēng)地粘合在一起,則其12個(gè)頂點(diǎn)會(huì)落在一個(gè)正二十面體的頂點(diǎn)上.

  要以此種方法做出正二十面體,可用卡片紙做數(shù)個(gè)13cm×8cm的長(zhǎng)方形(費(fèi)波那契數(shù)列中相鄰兩數(shù)的比是黃金分割比很好的近似值,參見(jiàn)《數(shù)學(xué)樂(lè)園·茅塞頓開(kāi)》).在長(zhǎng)方形卡片紙上剪出長(zhǎng)條狀的切口,并將之嵌合在一起,然后使用彩色毛線(xiàn)或有彈性的松緊帶做出邊.在每一個(gè)角上剪出小的V形切口,才能使每一邊較容易固定住.

 

  以設(shè)計(jì)測(cè)地線(xiàn)圓頂(geodesic domes)而聞名的美國(guó)建筑天才富勒(Buckminster Fuller)對(duì)包含支柱與具有張力的鋼絲結(jié)構(gòu)作了特別的研究,其中有許多是關(guān)于“最小結(jié)構(gòu)”的研究,也就是說(shuō),找出能使給定的數(shù)個(gè)點(diǎn)在空間中保持一定位置的最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu).圖2是正二十面體結(jié)構(gòu)中12個(gè)頂點(diǎn)的解答,由富勒所提出.圖中6根支柱的位置就是先前提過(guò)的模型中3個(gè)長(zhǎng)方形卡片紙的長(zhǎng)邊所在的位置,再用鋼絲或尼龍線(xiàn)連接各個(gè)端點(diǎn).

  2中有某些線(xiàn)條()沒(méi)有畫(huà)出,富勒發(fā)現(xiàn)在他設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中,并不需要把正二十面體所有的邊全部都用鋼絲連接,就能使支柱固定住.如果你仔細(xì)地觀(guān)察,會(huì)發(fā)現(xiàn)每一根支柱的端點(diǎn)都連接4條鋼絲,比起完整的正二十面體的每個(gè)頂點(diǎn)都連有5條邊的情形,此模型顯得更為引人入勝.

 

  制作此模型并不太困難.準(zhǔn)備一些直徑6mm的夾縫釘桿,每隔30cm切一段,共切出6小段(支柱).然后在每一根支柱的端點(diǎn)切出5mm深的細(xì)縫,用細(xì)繩繞出6個(gè)回路,將支柱連接起來(lái).在每一個(gè)回路中細(xì)繩的長(zhǎng)度是關(guān)鍵,如圖3所示的ABCDRQPS回路,當(dāng)細(xì)繩拉緊時(shí)應(yīng)為72cm長(zhǎng).你可以把細(xì)繩沿著36cm寬的厚紙板或硬紙板緊緊地繞一圈,得到72cm的長(zhǎng)度.

  模型的結(jié)構(gòu)易于調(diào)整是很重要的,細(xì)繩緊密地卡在支柱終端的細(xì)縫中,即使在不拉緊時(shí)仍能保持模型的形狀.

  首先將4根支柱用2個(gè)回路連接起來(lái),如圖3所示,然后再把剩下的2根支柱用另外4個(gè)回路連接在一起.

  從制作過(guò)程到成品的呈現(xiàn),這個(gè)模型的確相當(dāng)令人滿(mǎn)意.

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