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过年啦!干杯!

2017-02-08

小天使·五年级语数英综合 2017年2期
关键词:干杯圆柱体数学家

大家都会在新年的Party上举杯,祝福对方,同学们,你有没有想过,干杯里也藏着数学呢!让歪小歪来告诉你杯子里的数学秘密吧!

4个杯子也要两两相碰

听到这里,好多小朋友要抗议了吧!小孩子是不能喝酒的!别着急,我们喝的是果汁!

从平面几何的角度来说,3个人干杯是最完美的——3个杯子可以两两之间互相接触。一旦干杯的人数上升到了4个,问题就有些麻烦了:对于每一种固定的干杯姿势,总有两个人的杯子挨不到一块。有办法让4个杯子两两之间都能碰到一起吗?

如果把杯子布局方案扩展到空间中的话,理论上这是可以做到的——只需要像下图那样,把第4个杯子放在3个杯子的上面就行了。

5个杯子没问题

还可以再多一些吗?

大家或许会认为,这已经是极限了吧。如果有5个杯子,还能保证两两之间都能接触吗?出人意料的是,这也是可以办到的,只不过更加困难一些。

这就是5个杯子互相接触的

布局。注意,要想实现这种布局,杯子的高度必须是直径的2倍左右,而且角度也很难控制,建议大家不要去尝试。即使成功了,恐怕果汁洒得也差不多了。

6个杯子无压力

在保证互相接触的前提下,杯子的数量还能更多吗?这个问题早就引起了数学家们的关注,有人还严肃地把它抽象成了一个空间几何数学问题,进行了更为细致的研究。1968年,数学家Littlewood在一篇论文中正式发起提问:空间中两两之间互相接触的圆柱体最多可以有多少个?

如果不限定圆柱体的长度,我们很容易找到6个圆柱互相接触的布局。如右图,把其中3个圆柱体摆成“ ”形,让它们互相接触;再把它们重叠在另外一组“ ”形的圆柱体之上,便实现了6个圆柱体两两接触的要求。如果你手边有足够多的铅笔,不妨自己试一试。

7个杯子是终结吗

事情并没有到此结束,趣味数学大神Martin Gardner曾经提出这么一个问题:能否摆放7支香烟,让它们两两之间都有接触?Martin Gardner自己给出了一个非常精妙的答案:让其中一个圆柱体直立在桌面上,另外6个圆柱体分两层在周围环绕。

如果圆柱体的个数上升到8个,还能找到满足要求的布局方案吗?这个问题的上限究竟是多少?直到现在,数学家们仍然没有得出一个定论。

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