
















給你一個直徑10厘米的大圓盤,要求你讓它通過一個邊長為5厘米的正方形孔,且不會破壞這個孔,你會怎么做?直覺會告訴你:這個任務不可能完成——圓盤太大,正方形孔太小,根本不匹配。
然而,事實卻遠比直覺更有趣。通過巧妙的幾何,這個“不可能”的挑戰竟然可以輕松完成!
動動手
準備材料: 正方形紙(或A4紙)、圓盤、筆、剪刀、直尺、計算器。
實驗步驟:
1 拿出直尺測量圓盤的直徑。在這個實驗中,作為例子的圓盤是一個有一定厚度的杯墊。
2 如果圓盤有一定厚度(厚度超過1毫米),還要測量圓盤的厚度。
3 拿出一張正方形紙,沿其中一條對角線左右對折一次。
4 將等腰直角三角形對折,讓兩個銳角重疊,得到一個等腰直角三角形。
5 拿出筆計算。把圓盤的直徑和厚度加起來,除以2,再除以1.414,得到長度d。在這個例子中,d≈3.9厘米。
6 拿起折好的等腰直角三角形,用直尺測量距離,在兩條直角邊上分別標記一個距離頂點為d的點。
7 把兩條邊上新畫的兩個點用直線連接起來。
8 拿出剪刀,沿著新畫的直線把等腰直角三角形的直角頂點剪掉。
9 剪完后再展開折紙,看到正方形折紙中間出現了一個正方形的孔。
10將正方形折紙沿著對角線對折。
11將折紙沿著大正方形的另一條對角線對折。
12將折紙的一部分向右折疊,需要注意的是,只折上半部分。
13折好之后,將折紙豎起來,如下圖所示。
14捏住紙中的兩處頂點向外拉伸,完全分開。折紙中間就會出現一個孔。
15最后,拿出圓盤,讓圓盤通過這個孔,實驗完成。
知識課堂
這是一個充滿幾何智慧的小實驗,是美國斯坦福大學的數學教授時枝正發明的。幾年前,他在大學課堂上給學生展示了這個有趣的小實驗。
為什么圓盤能通過正方形方孔?這和正方形的基本性質有關,是對正方形邊和對角線的巧妙利用:正方形孔的邊長是a,正方形孔的對角線長度為根號2 a,圓盤的直徑是2a。如果不考慮圓盤的厚度,前面的實驗可以簡化為下面的過程。
只要圓盤直徑不超過兩條邊的總長,就有機會通過折疊、旋轉正方形折紙,讓正方形的兩條鄰邊落在一條直線上,從而創造出一條讓圓盤通過的、合適的“路徑”。其實,不光是正方形,也可以在長方形紙中剪出一個邊長為a的小正方形孔,讓直徑為2a的圓盤通過。