数学中的折纸问题
1 折出黄金分割比
众所周知的分线段为黄金分割比:
5-12
≈0. 618。这是个美妙的比例,实质上是“将
线段为不相等的两段,使长段为全线段和短线段的比例中项”。黄金分割比的作图并不难,但步骤较为复杂
[2]
F
D E
C B G A
。如果用折纸的办法,
我们就可以轻轻松松地将它展示出来。如图1所示,将AD 折叠到AB 上,D 为正方形纸片EF 的中点,则为边BF 的黄金分割点[3]。
简证如下:令∠DAG =θ,由折纸的对称性知∠BAC =而求得:tan
θ
2=
5-12
BC AB
=
5-12
。也即C
图1
12
θ,又tan θ=
DG AG
=2,从
,即
BC AB
=
5-12
。
2 折出30°和60°角
对于我们当中经常折纸的人, 折出90°和45°角几乎是一种本能, 而折出30°和60°角,其中包含的数学内容就稍微难理解些。折
(1)
(2)
图2
(3)
出30°和60°角的方法主要是基于直角三角形的一个性质:30°角所对的直角边等于斜边的一半
[4]
。
图2所展示的是在长方形纸片的一条边中点折出60°角的方法。将左上角顶点折叠到右边长一条
14
(1)
(2)
图3
(3)
折痕上,可以在纸片
上边的中点产生三个相等的60°角。
如果我们再将右上角也折叠过来,使两个角的顶点重合,那么,此时右边的60°角就分成了两个30°角。如图3,当然,我们也可以直接将右上角顶点折叠到
1
图4
右边第一条
14
折痕上形成30°角。
其实,我们还可以像图4这样以正方形绝版的角或中心为顶点,折出60°或30°角。 注:将图3(2)一般化可以揭示一条重要性质:邻补角的平分线互相垂直,这就是2003年黑龙江省一道中考题[5]。
上面几种折法的几何证明就留给读者吧! 3 将长方形纸片的成三等份
大多数人(包括笔者本人)将长方形纸片折成三等份的惯用方法是:先从纸片的一边开始,估计地叠起纸片的
13
;然后,将对边也折起来,根据三份是否重合来进行调整。当
然,这种折法里头蕴涵了朴素的极限思想;反复折叠中,一次比一次地趋近三等份。
另外一种完全不同的折法是:如图5,先将整张纸片沿对角线折叠;最后,过两条对角线的交点
X
D
E
F
X 折叠纸片,使CG 重叠在AG 上,则GC 为AC 的
13
。
A
B
图5
G C
充分利用相似三角形的性质是这种折法的核心,我们可以很容易证明它,此处不再赘述。
诚如文[1]所说:“观察、比较和分析折纸中的数学现象,有利于提高学生的感性认识和空间想像力”。的确,一张小小的纸片有时也能产生很大的教学价值,这不能不让人称奇。本文所列举的只是其中的“冰山一角”。让我们大家一起来充分发掘它,好好地利用它,让它大放异彩吧!
2
数学中的折纸问题
1 折出黄金分割比
众所周知的分线段为黄金分割比:
5-12
≈0. 618。这是个美妙的比例,实质上是“将
线段为不相等的两段,使长段为全线段和短线段的比例中项”。黄金分割比的作图并不难,但步骤较为复杂
[2]
F
D E
C B G A
。如果用折纸的办法,
我们就可以轻轻松松地将它展示出来。如图1所示,将AD 折叠到AB 上,D 为正方形纸片EF 的中点,则为边BF 的黄金分割点[3]。
简证如下:令∠DAG =θ,由折纸的对称性知∠BAC =而求得:tan
θ
2=
5-12
BC AB
=
5-12
。也即C
图1
12
θ,又tan θ=
DG AG
=2,从
,即
BC AB
=
5-12
。
2 折出30°和60°角
对于我们当中经常折纸的人, 折出90°和45°角几乎是一种本能, 而折出30°和60°角,其中包含的数学内容就稍微难理解些。折
(1)
(2)
图2
(3)
出30°和60°角的方法主要是基于直角三角形的一个性质:30°角所对的直角边等于斜边的一半
[4]
。
图2所展示的是在长方形纸片的一条边中点折出60°角的方法。将左上角顶点折叠到右边长一条
14
(1)
(2)
图3
(3)
折痕上,可以在纸片
上边的中点产生三个相等的60°角。
如果我们再将右上角也折叠过来,使两个角的顶点重合,那么,此时右边的60°角就分成了两个30°角。如图3,当然,我们也可以直接将右上角顶点折叠到
1
图4
右边第一条
14
折痕上形成30°角。
其实,我们还可以像图4这样以正方形绝版的角或中心为顶点,折出60°或30°角。 注:将图3(2)一般化可以揭示一条重要性质:邻补角的平分线互相垂直,这就是2003年黑龙江省一道中考题[5]。
上面几种折法的几何证明就留给读者吧! 3 将长方形纸片的成三等份
大多数人(包括笔者本人)将长方形纸片折成三等份的惯用方法是:先从纸片的一边开始,估计地叠起纸片的
13
;然后,将对边也折起来,根据三份是否重合来进行调整。当
然,这种折法里头蕴涵了朴素的极限思想;反复折叠中,一次比一次地趋近三等份。
另外一种完全不同的折法是:如图5,先将整张纸片沿对角线折叠;最后,过两条对角线的交点
X
D
E
F
X 折叠纸片,使CG 重叠在AG 上,则GC 为AC 的
13
。
A
B
图5
G C
充分利用相似三角形的性质是这种折法的核心,我们可以很容易证明它,此处不再赘述。
诚如文[1]所说:“观察、比较和分析折纸中的数学现象,有利于提高学生的感性认识和空间想像力”。的确,一张小小的纸片有时也能产生很大的教学价值,这不能不让人称奇。本文所列举的只是其中的“冰山一角”。让我们大家一起来充分发掘它,好好地利用它,让它大放异彩吧!
2