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织补地毯中的数学玄机

2021-11-30林革

语数外学习·初中版 2021年4期
关键词:玄机对角线乔治

林革

唐纳森是远近闻名的地毯修理师,经他修复过的地毯形形色色、不计其数.他能把顾客的地毯修复得天衣无缝、完美无缺,其精湛的手艺和巧妙的构思得到了众多顾客的肯定.

用障眼法修复地毯

前两天,有名的“难缠鬼”乔治拿来一块长和宽都是1.3米的正方形地毯(如图1),请唐纳森把它改成2.1米长、0.8米宽的长方形地毯,但不能裁减原地毯的面积,苛刻的要求让唐纳森顿时皱起了眉头.原因很简单:边长1.3米的正方形面积为1.3x1.3=1.69平方米, 而宽0.8米、长2.1米的长方形面积为0.8x 2.1=1.68平方米,两者并不相等,可又不准裁减多出的0.01平方米.这可怎么办呢?经过反复思考和推敲,唐纳森巧妙地解决了这个难题.

当乔治前来拿地毯时,唐纳森胸有成竹地拿出了修复好的长方形地毯(如图2).

“难缠鬼”乔治一下子愣住了,他反复测量验证却似乎挑不出毛病,这才确信自己为30难唐纳森的计划落空了.但他始终想不明白:那0.01平方米的地毯究竟是怎么少掉的?乔治付账后死活不肯离开,解不开这个疑惑实在太难受了.

在乔治死缠烂打、软磨硬泡下,唐纳森这才指着拼接成的长方形地毯道出原委:“其实,在长方形对角线附近有微小的重叠,正是这肉眼不能轻易发现的微小重叠,才导致了0.01平方米的缺失

“难怪这儿缝得特别紧,原来你玩的是障眼法啊!”凑在地毯上细细看针脚的乔治这才发现其中的奥秘.

障眼法背后的幾何真相

“不过,障眼法的数学本质你可不清楚哟!”唐纳森拿出当初设计的图纸(如图3)指点着说:“原正方形地毯分割成①②③④四块,虽然看起来正好对应长方形地毯中的①②③④,其实还是有微小出入的.从图3中就可直观看出,如此摆放后③④两块的顶点F、 G并不在OB上,而是分别落在长方形OABC 对角形的两侧。”

乔治这才恍然大悟:“你把F、G硬缝在OB上,实际上就减少了重叠的小平行四边形 OGBF的面积,这肯定就是凭空消失的0.01平方米。”

唐纳森点头表示赞同:“把面积仅为0.01平方米的小平行四边形拉成和对角线OB (长约2.247米)一样长的细长形状,在大长方形的对照遮掩下,这减少的一点儿很难被觉察到,至少在你面前蒙混过关是没有问题的!”

虽然遭到了唐纳森的调侃,但乔治还是很开心,毕竟真相解开,心里的疑惑烟消云散了 .由此看来,唐纳森能够远近闻名不仅源于心灵手巧,更在于他对几何学的深刻把握和灵活运用.

修复地毯中的数学玄机

故事讲完了,如果你意犹未尽,不妨再来看看地毯中所涉及的数据5,8,13,21还有什么玄机.

5,8,13,21正好是著名的斐波那契数列1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144……中的四项.此数列有个非常重要的性质:数列中任意一项的平方等于它前后两项之积加1或减1.

……

由此,你大概可以意识到其中的数学玄机了吧.

没错,用跟斐波那契数列相关的数据进行正方形转拼长方形后,要么少1个单位面积,要么多1个单位面积.其具体表现在长方形对角线附近,有时会重叠一个细长的平行四边形(少1个单位面积),有时又会出现一个细长的平行四边形空隙(多1个单位面积).修复地毯时这一个单位的面积之差只是一个很狭窄的细长条,不易被人察觉,但在精确的数学计算面前,其中的玄机便一目了然.

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