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數(shù)學(xué)心

第十八章 正多面體的個(gè)數(shù)只有五個(gè)(幾何)

數(shù)學(xué)心 蔡澤禹 560 2020-05-01 17:03:53

  喜歡走遍天下的畢達(dá)哥拉斯沒(méi)有其他愛(ài)攜帶的,僅僅是一堆堆厚重的莎草紙,上面都是他所收集到的知識(shí)。這些莎草紙都是全世界各地收集來(lái)的,有雅典的、亞歷山大的和東方亞細(xì)亞的。有古代的楔形字,有現(xiàn)在的希臘文字,還有埃及文的。一摞摞的莎草紙上的知識(shí)完全足夠教自己的學(xué)生們很多年了。

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“今天,我們要上一節(jié)課,就是多邊形和多面體的課。”

  一個(gè)學(xué)生說(shuō):“多邊形很簡(jiǎn)單,多面體有些麻煩。”

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)。多邊形有無(wú)數(shù)個(gè),多面體有多少個(gè)?”

  學(xué)生想都不想的說(shuō):“也是無(wú)數(shù)個(gè)吧?”

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“我說(shuō)只有五個(gè),你們相信嗎?”

  大家面面相覷,畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“只有正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。就這五種?!?p>  學(xué)生們說(shuō):“不會(huì)這么少吧,是不是再多的你找不到呢?”

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“就是這么少,再高也不會(huì)有了?!?p>  學(xué)生們說(shuō):“這怎么證明?”

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“我們來(lái)做個(gè)游戲,拿一堆正多邊形來(lái)拼頂角。先拿正三角形來(lái),從三個(gè)開(kāi)始拼一個(gè)正四面體?!?p>  說(shuō)著畢達(dá)哥拉斯拿著四個(gè)等邊三角形拼出了一個(gè)正四面體。

  大家看著點(diǎn)點(diǎn)頭。

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“我再拿這同樣的東西,直接可以給你接一個(gè)正八面體?!?p>  說(shuō)著又拿出四個(gè)等邊三角形和一個(gè)等邊的正方形拼出第五面體后,讓兩個(gè)五面體對(duì)應(yīng)的正方形對(duì)準(zhǔn)在一起,變成了一個(gè)正八面體。

  大家看著點(diǎn)點(diǎn)頭。

  之后畢達(dá)哥拉斯又用二十個(gè)三角形拼出了一個(gè)正二十面體,用了比較長(zhǎng)的時(shí)間。

  大家看著繼續(xù)點(diǎn)頭。

  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“再加就不對(duì)了?!?p>  “為什么?”學(xué)生們疑惑的說(shuō)。

  “再加就是六個(gè)正三角形拼在一起,那就成了一個(gè)平面了。咱要的是多面體,而不是鋪地磚?!?p>  大家哈哈大笑,終于明白其中奧秘。

  畢達(dá)哥拉斯有拿出一堆正方形板子,對(duì)大家說(shuō):“六個(gè)正方形板子,理所應(yīng)該很容易拼出正六面體,也就是立方體了?!?p>  一個(gè)叫希帕索斯的學(xué)生立馬反應(yīng)道:“沒(méi)錯(cuò),這就是極限了。最多可以三個(gè)正方形板子拼起來(lái),要是四個(gè)板子,就有變成平面了。所以正方形只能拼出正六面體來(lái)?!?p>  畢達(dá)哥拉斯笑著:“沒(méi)錯(cuò),下一個(gè)就是正十二面體?!?p>  畢達(dá)哥拉斯直接拿出十二個(gè)正五邊形,拼出了整十二面體。

  希帕索斯快速反應(yīng)的說(shuō):“如果是六邊形,只要三個(gè)就成平面了,根本拼不成多面體。所以七邊形這些更是行不通了?!?p>  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“看來(lái)希帕索斯學(xué)得很快,看來(lái)都不需要我親自證明了。”

  希帕索斯突然想到了本該有多邊形存在的一種模型,并在腦中構(gòu)造五面體出現(xiàn)的合理性,說(shuō):“老師,我還是覺(jué)得別扭,我認(rèn)為應(yīng)該有多面體?!?p>  希帕索斯一邊說(shuō)一邊拿著五根相等長(zhǎng)度的棍子,每個(gè)一段粘在一個(gè)點(diǎn)上,然后把這五個(gè)根子均勻開(kāi)。

  一邊弄著,希帕索斯一邊說(shuō):“雖然均勻開(kāi)了,我也不知道每個(gè)根子兩兩之間最近的是多少度角,但我知道這些角度是相同的。我這每個(gè)棍子對(duì)于的是多面體的垂直軸,這些軸在多面體中心交于一點(diǎn)。”

  畢達(dá)哥拉斯笑道:“你說(shuō)的有合理性,我知道正六面體之間角度肯定是90度,其他的還真不好說(shuō)?!?p>  “或許是無(wú)理……”一個(gè)叫希伯斯的學(xué)生張口,但被同桌用手肘磕了一下,示意其閉嘴。希伯斯也看到畢達(dá)哥拉斯略帶殺氣的眼神。希伯斯嚇得沒(méi)敢往下說(shuō)。

  希帕索斯繼續(xù)說(shuō):“那么我這個(gè)五個(gè)軸應(yīng)該對(duì)應(yīng)有五面體,而且這五面體沒(méi)道理面積不一樣啊?!?p>  畢達(dá)哥拉斯說(shuō):“面積肯定是一樣的,只是,也就是面積一樣而已了。每個(gè)面變成不一樣,不是一個(gè)正多邊形,那么我們說(shuō)的這個(gè)正多面體,僅僅是等面積多面體而已了,只能讓步于此了?!?p>  希帕索斯說(shuō):“還是只得研究一樣的?!?p>  畢達(dá)哥拉斯一想到可能要沾無(wú)理數(shù)的邊,直接說(shuō):“算了吧,沒(méi)用,也不美麗,不值得研究。我們都愛(ài)多邊形是吧,多面體也要以正多邊形為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)造了?!?p>  大家鴉雀無(wú)聲。

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