破解一道平面镶嵌题
郑州初一年级的数学爱好者中,有位“老大”,跟我一个课外班。我不知道他的名字,只晓得外号“灰太狼”。他把数学当“羊村”,什么几何“羊”、代数“羊”、三角函数“羊”,无论初中的题还是高中的题,都被他玩得团团转。听他妈妈讲,他的本事就是做题做出来的。老师教过的,没教过的,全做,做成明星了。
于是,大伙儿都以他为榜样,使劲地做题。今天,我也找了一道老师没教过的“平面镶嵌”题来做,练练脑子。
求证:用哪几种正多边形(单独用一种)可以进行平面镶嵌?
如果只让说出一种,我随口就能答,因为家里铺的就是四方的地板砖。然而,问哪几种,还让求证,这脑子就成浆糊了。我瞅着地板砖想呀想,突然悟出一个道理:若要无缝平面镶嵌,这正多边形的内角和必须满足一个要求,即能够拼成360°。
我随手画了一幅正三边形镶嵌的图,偶然发现:中点的360°周角除以边数3所得的120°,恰是正三边形一个角的外角的度数;再用平角180°减去120°,就是正三边形一个角的度数。既然正三边形如此,正n边形应当也是如此。于是,我就有了解题思路:
解:设正n边形可以平面镶嵌,k个正n边形内角和为360°。
根据所设,列式:(180°- 360°/ n)× k = 360°
该算式中,360°/
n是正n边形一个角的外角的度数,180°- 360°/ n则是正n边形一个角的度数,再乘以正n边形的个数k,等于360°。接下来,就开始计算:
原式变为180°k
- 360°k / n = 360°,等式两边分别除以180°,成k - 2k / n = 2。等式两边再分别乘以n,则成kn
- 2k = 2n,继而成k(n–2)= 2n。
于是,k =
2n /(n–2)。等式右边的分子2n减去4再加上4,值不变,即为2n–4 + 4,又为2(n–2)+ 4。这样,
k = 2(n–2)/(n–2)+ 4 /(n–2)= 2 + 4 /(n–2)。
至此,我遇上了麻烦。k = 2 + 4 /(n–2)中,有k和n两个未知数,接下来该咋办呢?哦,根据题意,n肯定是个正整数,n–2还必须能被4整除。这就好办了,n–2只能等于1或2或4。若n–2 = 1,n = 3;n–2 = 2,n = 4;n–2 = 4,n = 6。由此,我得出一个结论:用三种正多边形(单独用一种)可以进行平面镶嵌,即正三边形、正四边形和正六边形。
呵,真高兴,我似乎感觉到“灰太狼”向我投来赞许的目光。