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动手学数学之四十一(透视正二十面体)

来源:育路教育网发布时间:2011-07-22 14:40:55

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将正二十面体的一对对边连接起来,会形成一个长方形,其长与宽的比例呈
黄金分割比(大约为1.618 )。如果用卡片纸剪出3 个相等的这类长方形,并如
图1 所示对称地粘合在一起,则其12个顶点会落在一个正二十面体的顶点上。

    要以此种方法做出正二十面体,可用卡片纸做数个13cm×8cm 的长方形(费
波那契数列中相邻两数的比是黄金分割比很好的近似值,参见《数学乐园。茅塞
顿开》)。在长方形卡片纸上剪出长条状的切口,并将之嵌合在一起,然后使用
彩色毛线或有弹性的松紧带做出边。在每一个角上剪出小的V 形切口,才能使每
一边较容易固定住。

    以设计测地线圆顶(geodesic domes)而闻名的美国建筑天才富勒(Buckminster
Fuller)对包含支柱与具有张力的钢丝结构作了特别的研究,其中有许多是关于
“最小结构”的研究,也就是说,找出能使给定的数个点在空间中保持一定位置
的最简单结构。图2 是正二十面体结构中12个顶点的解答,由富勒所提出。图中
6 根支柱的位置就是先前提过的模型中3 个长方形卡片纸的长边所在的位置,再
用钢丝或尼龙线连接各个端点。

    图2 中有某些线条(边)没有画出,富勒发现在他设计的结构中,并不需要
把正二十面体所有的边全部都用钢丝连接,就能使支柱固定住。如果你仔细地观
察,会发现每一根支柱的端点都连接4 条钢丝,比起完整的正二十面体的每个顶
点都连有5 条边的情形,此模型显得更为引人入胜。

    制作此模型并不太困难。准备一些直径6mm 的夹缝钉杆,每隔30cm切一段,
共切出6 小段(支柱)。然后在每一根支柱的端点切出5mm 深的细缝,用细绳绕
出6 个回路,将支柱连接起来。在每一个回路中细绳的长度是关键,如图3 所示
的ABCD与RQPS回路,当细绳拉紧时应为72cm长。你可以把细绳沿着36cm宽的厚纸
板或硬纸板紧紧地绕一圈,得到72cm的长度。

    模型的结构易于调整是很重要的,细绳紧密地卡在支柱终端的细缝中,即使
在不拉紧时仍能保持模型的形状。

    首先将4 根支柱用2 个回路连接起来,如图3 所示,然后再把剩下的2 根支
柱用另外4 个回路连接在一起。

    从制作过程到成品的呈现,这个模型的确相当令人满意。

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