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        小游戲引出大道理

        2021-06-06 12:15:06陸余慶
        初中生世界 2021年18期
        關(guān)鍵詞:科赫中心對稱圓桌

        文 陸余慶

        圖形的平移、旋轉(zhuǎn)和翻折是幾何中最基本的三種變換,它們都不會改變圖形的形狀和大小,自然界中許多圖案的設(shè)計靈感都是來源于此。其中,由旋轉(zhuǎn)這一變換提出了中心對稱圖形的概念,進而介紹了一種特殊的中心對稱圖形,即平行四邊形。其實,這一內(nèi)容的背后可有著許多有趣的數(shù)學故事和思想方法,同學們,你們知道多少呢?

        先看這樣一則小游戲:甲乙兩人輪流往一張圓桌面上放一枚五分硬幣且不能重疊,誰放完一枚以后而使得對方無法往桌面上放硬幣時,誰就是勝利者。如果甲先放,有沒有穩(wěn)操勝券的策略?請大家先獨立思考,試著找到必勝的策略。事實上,如果甲先在圓心處放上一枚硬幣(如圖1),占據(jù)主要地位,那么之后無論乙把硬幣放于何處,甲只要在乙所放位置關(guān)于中心點對稱的位置上放上另一枚硬幣就可以了(如圖2)。我們知道,只要乙有可放硬幣的地方,那么甲就總是可以找到與之對稱的另一位置,如此,甲必勝。其實,這一游戲還可推廣到一般的情形,可將圓桌換成平行四邊形、正六邊形或其他任意的中心對稱圖形,則甲仍有先手優(yōu)勢。制勝策略正是借助中心對稱圖形的特征,將實際問題抽象成數(shù)學問題,轉(zhuǎn)化為在中心對稱圖形中依次取點的問題。從特殊到一般的思想方法在解決問題的過程中是非常常見的,除此之外,通過逆向思維,再回到最特殊的情形,往往也能更快得出答案。例如,上述游戲中,不妨將圓桌取為最極端的情況——一個點,顯然誰先放硬幣誰就取勝,先手優(yōu)勢不言自明。

        圖1

        圖2

        此外,中心對稱圖形還在分形這一數(shù)學理論中占有一席之地哦!分形通常被定義為“一個粗糙或零碎的幾何形狀,可以分成數(shù)個部分,且每一部分都(至少近似地)是整體縮小后的形狀”,即具有自相似的性質(zhì)。分形理論是芒德勃羅提出來的,分形原意具有不規(guī)則、支離破碎等意義。自然界中存在著許多分形現(xiàn)象,如花椰菜、凍豆腐、磁鐵等,而人造的分形現(xiàn)象若和中心對稱圖形結(jié)合起來,則會碰撞出另一種火花。比如,科赫雪花曲線就是中心對稱圖形(如圖3),局部放大后的圖形仍和本體的形狀是相似的。它是以等邊三角形三邊生成的科赫曲線組成的。它的面積是,其中s是原來三角形的邊長。這一幾何圖形的周長無限大,但面積卻是有限的。想不到外形獨特美麗的它還有如此有趣的結(jié)論。同學們,你能嘗試著設(shè)計出分形現(xiàn)象中的中心對稱圖形嗎?

        圖3

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