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游戲學數學:可以扭轉的四面體環

來源:網絡 文章作者:匿名 2009-08-17 10:56:42

智能內容

  圖1中兩個有趣的模型是由四面體構成的環,可以像煙圈一樣反復扭轉。環中兩個相鄰的四面體是靠一條棱彼此相連,其作用就像是絞鏈。任何一個四面體,如圖2中的ABCD,在環中都是以其相對的兩條棱,如AB和CD,與兩邊相鄰者連接。就是這種構造使它具有可以扭轉的性質。

 

  我們可以先做出許多全等的四面體,然后再用膠帶紙將它們連接起來,或者用由兩排三角形構成的單一展開圖做出模型。

  圖3是由6個四面體構成的環體展開圖。它由24個完全相同的等腰三角形組成,每4個三角形組成一個四面體。第一次制作時,先將各畫斜線的粘合片仔細編號,以確定粘合位置,并在每一條線上刻出印痕,實線表示往上折,虛線表示往下折。開始粘合時,最好是先粘中間帶狀的三角形,如圖中陰影d到d的部分,這些三角形會折疊成四面體。完成這個部分之后,其他的四面體就很容易折疊定位。粘合環的兩端比較棘手,如果你的模型尺寸較小的話,會更困難,此時有必要請人幫忙。標示i的兩個三角形必須完全重合,以增加接合的強度。

  可以在完成后的四面體環上著色,或是粘貼彩色紙形成某種圖案,使之更加美觀。


  圖4是由8個及10個四面體構成的環的展開圖。這次所用的三角形都是等邊三角形,因此你在放大尺寸時,應該不會有太大的困難。


  解答與分析


  這里所描述的四面體環,以及其他的類似環體,最早是由安德魯斯(J.M.Andrews)和史托克(R.M.Stalker)所發現的。


  文中由6個四面體組成的環體,是以等腰三角形作為四面體的一個面,因為如果是等邊三角形,則不易扭轉。不過,只要環體是由8個或更多四面體所構成,那么即使是正四面體,也可以扭轉。稍加研究展開圖,應該可以看出任何數目的四面體都可以組成環體。

 

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