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動手學數(shù)學之四十一(透視正二十面體)

來源:育路教育網發(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(shù)個13cm×8cm 的長方形(費
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(shù)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。

    圖2 中有某些線條(邊)沒有畫出,富勒發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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ABCD與RQPS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(xiàn),這個模型的確相當令人滿意。

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