今天小編跟朋友一起去公園溜達,恰好發現公園裡面鋪着正六邊形的地磚,類似這樣排布:
剛好最近小編在陪着朋友裝修房子,于是小編問朋友,你都見過什麼樣子的地磚瓷磚呢?
朋友說,最常見的肯定是正方形的地磚了,像這樣:
當然也有正六邊形的瓷磚,類似這樣:
而且也見過正三角形的瓷磚,比如下列這個電視牆的結構:
好,那麼下面問題來了。
到底什麼樣子的正多邊形才能完整的鋪成一個平面而沒有空隙呢?其實這個問題很簡單,我們可以想象,要想讓這些形狀的瓷磚對齊平鋪,那麼首先要肯定的每個多邊形的一個角拼到一起剛好沒有縫隙。
那麼就意味着這些角要剛好組成一個360°,也就是圓心角之和為360°。
我們先來了解一下圓心角的定義:
圓心角
頂點在圓心的角叫做圓心角,如圖,∠AOB的頂點O是圓O的圓心,OA、OB交圓O于A、B兩點,則∠AOB是圓心角。
那麼一個圓的圓心角之和就是360°,這樣才能保證沒有縫隙。
然後我們就要考慮哪些正多邊形符合這個規律
多邊形内角和首先我們知道多邊形的内角和公式為 (n-2)* 180° 。
那麼這個多邊形内角和定理是怎麼證明出來的呢?
我們可以看下面三種證明方法:
圖1:從一個多邊形的一個頂點開始,向其他頂點鍊接形成三角形,由于相鄰兩個頂點不能構成三角形,故一共可以形成(n-2)個三角形,又因為三角形的内角和為180°,因此多邊形内角和為(n-2)*180°
圖2:從多邊形的中心向每個頂點鍊接形成n個三角形,則這些三角形總内角和為N*180°,又因為中間的所有角構成一個平面360°,所以多邊形内角和為N*180-360=(n-2)*180
圖2:從一個邊向各個頂點連線,可構成n-1個三角形,那麼這些三角形的内角和為(n-1)*180,又因為CFD多算了一個平角,故多邊形内角和為(n-1*180-180=(n-2)*180
正多邊形每個角角度由上面我們知道正多邊形的内角和為(N-2)*180°。
因此正多邊形的每個角的角度為 (N-2)/N * 180°。
我們将常用的正多邊形的N代入數值,可以知道正三角形每個角60度,正方形90度,正五邊形108度,正六邊形120度等等。
因此我們可以知道,隻有圓心角之和360°能夠整除的正多邊形才能平鋪成瓷磚且沒有空隙。
便可以推出公式:360/[(N-2)/N * 180°]=2n/(n-2)
那麼當這個2n/(n-2)為整數時才可以。
所以常見的三角形、正方形、正六邊形可以拼成瓷磚圖案。
正五邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形均不行。
我們将2n/(n-2)公式變形,可知2n/(n-2)=2 4/(n-2)
我們發現,這個N隻能取3、4、6,剩餘的都不可以
這也就是為什麼隻有正三角形,正方形和正六邊形瓷磚才能平鋪的原因啦!
蜂巢之謎
那麼大家知道為什麼蜂巢是正六邊形組成的了麼?
當然蜂巢之所以是六邊形不光是構成平鋪的一個原因,還有各個方面,比如重量、剛性、穩定性、隔熱性等等。
這也正是神奇的動物世界帶給人類的思考,從而幫助人們設計出更多結構的工程。
比如我們最強大腦裡面出現的蜂巢迷宮等等。
那麼今天的節目就到這裡啦。
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