数学中的折纸问题

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!

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