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動手學數學之四十一(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個頂點會落在一個正二十面體的頂點上.

  要以此種方法做出正二十面體,可用卡片紙做數個13cm×8cm的長方形(費波那契數列中相鄰兩數的比是黃金分割比很好的近似值,參見《數學樂園·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.

 

  以設計測地線圓頂(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構作了特別的研究,其中有許多是關于“最小結構”的研究,也就是說,找出能使給定的數個點在空間中保持一定位置的最簡單結構.圖2是正二十面體結構中12個頂點的解答,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.

  2中有某些線條()沒有畫出,富勒發現在他設計的結構中,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.如果你仔細地觀察,會發現每一根支柱的端點都連接4條鋼絲,比起完整的正二十面體的每個頂點都連有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切出5mm深的細縫,用細繩繞出6個回路,將支柱連接起來.在每一個回路中細繩的長度是關鍵,如圖3所示的ABCDRQPS回路,當細繩拉緊時應為72cm長.你可以把細繩沿著36cm寬的厚紙板或硬紙板緊緊地繞一圈,得到72cm的長度.

  模型的結構易于調整是很重要的,細繩緊密地卡在支柱終端的細縫中,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,這個模型的確相當令人滿意.

來源:網絡

  

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