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動手學(xué)數(shù)學(xué)之四十一(透視正二十面體)

來源:育路教育網(wǎng)發(fā)布時間:2011-07-22 14:40:55

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將正二十面體的一對對邊連接起來,會形成一個長方形,其長與寬的比例呈
黃金分割比(大約為1.618 )。如果用卡片紙剪出3 個相等的這類長方形,并如
圖1 所示對稱地粘合在一起,則其12個頂點(diǎn)會落在一個正二十面體的頂點(diǎn)上。

    要以此種方法做出正二十面體,可用卡片紙做數(shù)個13cm×8cm 的長方形(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《數(shù)學(xué)樂園。茅塞
頓開》)。在長方形卡片紙上剪出長條狀的切口,并將之嵌合在一起,然后使用
彩色毛線或有彈性的松緊帶做出邊。在每一個角上剪出小的V 形切口,才能使每
一邊較容易固定住。

    以設(shè)計(jì)測地線圓頂(geodesic domes)而聞名的美國建筑天才富勒(Buckminster
Fuller)對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,找出能使給定的數(shù)個點(diǎn)在空間中保持一定位置
的最簡單結(jié)構(gòu)。圖2 是正二十面體結(jié)構(gòu)中12個頂點(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的模型中3 個長方形卡片紙的長邊所在的位置,再
用鋼絲或尼龍線連接各個端點(diǎn)。

    圖2 中有某些線條(邊)沒有畫出,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
察,會發(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 個回路,將支柱連接起來。在每一個回路中細(xì)繩的長度是關(guān)鍵,如圖3 所示
的ABCD與RQPS回路,當(dāng)細(xì)繩拉緊時應(yīng)為72cm長。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
在不拉緊時仍能保持模型的形狀。

    首先將4 根支柱用2 個回路連接起來,如圖3 所示,然后再把剩下的2 根支
柱用另外4 個回路連接在一起。

    從制作過程到成品的呈現(xiàn),這個模型的確相當(dāng)令人滿意。

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