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史上最全的數學圖形

圖文 更新时间:2024-07-05 01:20:06
玩具、書籍、益智訓練課,更多有趣好物就在:狂丸科學市集

​如何用數學變一個魔術?利用平面圖形與視錯覺就夠了。

例如下圖中這個「三角形」,它由紅、黃、深綠、淺綠四個部分組成,兩個直角邊長度分别為13與5個小方塊:

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如果将四個闆塊分割,然後重新拼裝,可以組成一個和原圖高度、寬度一樣的新圖案。

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但同時問題也就來了:你會發現,新的圖案面積竟然少了一個方塊:

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有點神奇?其實這是狂丸科學開發的「數學思維遊戲盒系列」中「平面圖形盒」裡面的一個遊戲。

遊戲盒子購買地址:數學思維遊戲課,能搬回家的數學實驗室(小學1-3年級)

像這麼有趣的遊戲任務,這個盒子裡還有幾十個。雖然這個系列主要為小學低&中年級學生設計,但這期平面圖形主題的思維遊戲,成年人也不一定能通關,堪稱老少鹹宜。不信,來看看?

視錯覺與平面圖形

上面的圖形變化,是「平面圖形遊戲盒」中視錯覺章節的内容。

視錯覺就是我們在觀察物品時,因為經驗或參照物的原因,造成的錯誤判斷和感知。也就是說,我們的感覺,往往是不靠譜的。

用一些經典的圖像來舉例,是不是覺得下圖中的直線并不是平行的?其實是你受到了顔色的影響:

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下圖中,背景顔色的變化會讓你覺得,圖中長方形的顔色,從左到右,由淺灰色,變到了深灰色,但實際上它隻有一種顔色:

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艾賓浩斯錯覺,左邊的橙色小球看起來要小于右邊,但其實它們一樣大:

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卡尼薩三角,雖然圖中白色三角并不存在,但你依然可以清晰的感受到它:

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強迫性視錯覺,借助拍攝視角讓比薩斜塔成為手中玩具:

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而當視錯覺與平面幾何圖形的周長、面積等知識點結合起來,擺動一些「平面圖形」也可以輕松欺騙雙眼。

例如下圖中,明明看起來是一個嚴絲合縫的正方形,但将其四個部件調轉方向後,圖形的面積竟然直接少了一部分:

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相似的謎題,原本8X8面積為64的正方形,挪動位置後,變成了5X13面積為65的長方形,面積竟然又變多了:

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「平面圖形遊戲盒」中會提供原理講解和制作材料,感覺就像是在學變近景魔術一樣...

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分形

分形章節的概念,聽起來有點抽象。簡單來說,就是有一個圖形,它和它本身的一部分相似甚至相同。

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(維切克分形,從左到右的一個演變)

像是如果我們站在兩塊平行放置的鏡子中間,無論看哪塊鏡子,鏡子中都是無限個我們,這就是一個典型的分形。

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但是,如果親自動手試着畫出分形,你會發現,藝術和數學在它身上居然結合的如此完美。

例如著名的科赫曲線,也稱雪花曲線,可以從直線演變成美麗的雪花:

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更像雪花的是Hexaflake,六邊形自帶變身優勢:

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H分形,由一個字母H演化出迷宮一樣的場景:

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謝爾賓斯基地毯,紫色方塊套着白色方塊,然後蔓延至每個角落:

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謝爾賓斯基三角形,一個三角形作為起點,接着逐漸分裂成一座布滿花紋的「金字塔」:

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畢達哥拉斯樹,從一個正方形開始,逐漸長成一棵數學之樹:

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使用「平面圖形遊戲盒」的材料包,就可以輕松制作屬于自己的人造分形了。

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平面鑲嵌

平面鑲嵌也是「平面圖形遊戲盒」的章節之一。用一種或者幾種完全相同的圖形,中間沒有間隙、也不重疊的覆蓋一部分平面,就叫做這幾種圖形的平面鑲嵌。

用4塊邊長相等的正方形瓷磚,就一定可以得到一個正方形的平面鑲嵌。

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仔細觀察鑲嵌圖形後,不難發現,它們都有個共同的規律:在平面鑲嵌的正中心,也就是公共頂點的地方,所有角加在一起是360度。

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還有很多用一種以上的多邊形來實現的平面鑲嵌,例如下圖中的八邊形與四邊形,通過組合後重複排列的方式完成鑲嵌:

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類似的例子在生活中有很多,比如牆面上或者地面上的正方形瓷磚:

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當用更複雜的圖形完成鑲嵌,就能創造精美的藝術品,這是馬拉喀什的瓷磚鑲嵌:

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阿爾漢布拉宮中的鑲嵌圖形:

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在學習相關知識後,遊戲盒子裡有兩個遊戲任務等待挑戰:根據規律畫一幅平面鑲嵌畫作;再利用幾種簡單的幾何拼圖,組合出不同種類的多種平面鑲嵌方式。

讓學生結合親手驗證,加深這方面的認知與思考。

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剪紙

剪紙相信你肯定玩過,但如果給你一張正方形的圖紙,你能隻剪一刀,就剪出十字形,或者心形麼?

聽起來不可思議,但其實并非不可能做到,剪一刀剪出十字:

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隻剪一刀剪出八角星:

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隻剪一刀剪出愛心:

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隻剪一刀剪出五角星也不是問題,至于如何去剪?秘密就在盒子裡。

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火柴棒

移動火柴棒算是最為常見的平面圖形益智玩法,而本期「平面圖形遊戲盒」中也包含了很多這種挑戰。

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組合圖形

用一些結合圖形拼出生動的動物形象,玩法有點類似七巧闆,鍛煉孩子的想象力與對圖形的運用。例如用「蛋形拼圖」拼出兔子:

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再用「傷腦筋十二塊」拼貓與鳥等等,一個數學動物園就這麼建成了。

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分割連線

如何在雜亂的圖形中尋找最佳路徑?「平面圖形遊戲盒」中安排了分割連線挑戰。

用三條直線對圖案進行分割或者連接,像是下圖把每隻動物都分開:

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用三條直線穿過所有的蘑菇:

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平面魔方

魔方算是大家耳熟能詳的益智玩具,但大多數時候我們玩的都是立體版,一頓亂擰:

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而其實它還可以在平面上玩。給你這樣9個色彩相間的細條:

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你能通過不斷相互拼插,編織出魔方的目标顔色嗎?這不僅僅是對動手能力的考驗,更鍛煉了對圖形和位置的辨識。

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如何購買和使用?

正如上面的介紹,這套「數學思維遊戲盒系列」最大的特色就是配套的遊戲材料包,它讓數學思維變得可視化、可動手操作,對于低齡兒童理解比較抽象的數學概念尤其有用,紙質遊戲材料也不會像電子遊戲那樣會讓眼睛疲勞。

而在訂閱「數學思維遊戲盒子」之後,每月底會寄送下月的遊戲材料盒,全系列一共八期,系統覆蓋小學階段兒童數學學習中的各個領域。

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所以,用培訓機構一節課的錢,現在您可以獲得:

1,8期數學遊戲盒子,按月寄送。

2,100 個精心設計的數學遊戲任務,配以圖文/視頻的詳細指導。

3,24節生動有趣的數學動畫課。

4,班主任全程1對1指導學習,随時答疑。

5,8份通關測試,參加後可獲得通關證書。

全系列訂閱價格499元,單期嘗鮮價僅需69元,訂閱全系列還會獲贈狂丸VIP會員。如果訂閱前已經是會員,更會獲贈價值99元的益智主題遊戲盒。

課程針對小學低&中年級學生研發,不過這期「平面圖形遊戲盒」老少鹹宜,家長買來和孩子一起玩,或者自己鍛煉思維都是推薦的。

購買第三期或訂閱全系列請戳下方遊戲盒子購買地址:

數學思維遊戲課,能搬回家的數學實驗室(小學1-3年級)

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