图中有多少个三角形,小朋友数量和积木数量之间如何转化?

2024-05-0404:07:14综合资讯0

当生活中出现有趣现象,引发思考时,你会发现宇宙蕴含着可理解的物理原理。我们可以观察正在发生的事物,识别并发现支配它们的规律,从而预测在类似情况下会发生的情况,总结出规范这种现象的科学规律,正是科学独有的魅力。科学也会遇到迷雾笼罩的角落,让我们无法看清其中的奥秘。它也未能从根本上阐明宇宙最基本的形态。我们是物质微粒组成的吗?还是几何结构?我们是大自然本身的涟漪吗?这些问题是笔者的个人遐想。(哈哈)

而数学是理解宇宙最强大的工具,它能够帮助物理学超越理论层面的局限,以其独特的方式优雅美丽地阐述了宇宙的基本规律。在一个看似简单的拼图谜题中,我发现了以下这张被称为“三角形谜题”的图片。这张图片中有多少个三角形?92.6%的人答错了!今天我们就来解决这个问题并总结出一条数学规律!

上图中一个等边三角形的两条边被分别分割成三段,由此产生了一个问题:在这幅图中“有多少个三角形”?

如果你感兴趣,可以先尝试自己解题,再继续阅读本文。以下我将揭晓正确答案,并展示一个简洁的数学模型。

解法(1)

网友解答

这种方法试图用每条直线相交的点构造新的三角形,这种做法是可行的,但由于图形复杂,计数时容易出错,将同一个三角形计算多次。图中给出的数字过高,因为正确答案不是70。

解法(2)

仔细观察图,这种方法也相当繁琐,虽然得出了正确的答案(剧透警告)64,但这种图解方式存在缺陷,因为它没有计算一些实际存在的三角形,但计算了某些三角形两次。(例如,仔细观察第一行、第五行和第六行中计算重复的三角形)

当你在做题时经历了一系列错误的过程却得到看似正确的答案,这种经历相当令人头疼,还不如直接做错题。因为得到正确答案表明你在解题过程中的错误并非仅限一处,而是需要通过多个错误来弥补上一个错误。接下来,我将通过一种简单的方法展示图中有多少个三角形。

三角形中所有直线相交的点。

我们从三角形的底部两个顶点开始。当我们沿着每条线向上移动时,我们将遇到两条或多条线的相交点,上图红点标记了我们预计遇到的相交点的顺序。

我们每次遇到相交点时,都会用相交点和三角形底部的两个基本顶点中的一个(或两个)来计算产生的新三角形。为了避免重复计算,我们只使用当前相交点及以下的点来创建三角形,以确保不会将同一个三角形计算两次。我们还应该注意下,标记为2和3、4和5、6和7、9和10、11和12、14和15的这些相交点都是彼此的镜像,所以这些集合给我们提供了数量相同的三角形。

接下来,我们从1到16这些交点开始看看我们得到多少个三角形。

问题1,点1构成的三角形

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起点:点1

我们的起点是点1,由它和下方两个基本顶点组成一个三角形。这是最简单的,我们继续。

点2:组成三角形

点2和3作为三角形中的顶点。

每当我们添加一个新的交叉点时,如点2和点3,我们都会获得两个新的三角形:一个使用基本顶点,另一个使用第一个交叉点(点1)。这将成为我们组成三角形的模式,随着我们向上探索,这种模式将继续下去。

点4和5:组成三角形

点4和5作为三角形中的顶点。

我们可以看到,我们在每个交叉点下方又构建了三个新的三角形。点6和7也遵循同样的模式。

点6和7:组成三角形

点6和7作为三角形中的顶点。

每个交叉点产生四个新的三角形,每个三角形都使用我们先前提到的低于交叉点的点作为顶点。到目前为止,一切都很好:没有重复计算,也没有遗漏任何三角形。

点8:组成三角形

点8作为三角形中的顶点。

点8有一个不同之处:现在可以从交叉点8创建一个新的、独特的三角形,它可以连接到任何较低的原顶点。这是从这里开始的所有交叉点的要点。

点9和10:组成三角形

点9和10作为三角形中的顶点。

点9和10分别创建四个新的、独特的三角形,连接到(或与)一个(或多个)基本顶点。

点11和12:组成三角形

点11和12作为三角形的顶点

对于点11和12,我们获得了5个三角形。到目前为止,所有这些三角形都是独特的,且包含了所有三角形。如果你不相信,你可以随时检查一下。剩下的只有四个交叉点了,让我们继续数下去吧!修改版:

顶点 13 是三角形的顶点。

顶点 14 和 15 是三角形的顶点。

总共 64 个三角形。

64 是一个特殊的数字:它是平方数(8² = 64)和立方数(4³ = 64)。

我们注意到三角形的数量与两个基本顶点的线的数量有关。

三角形数量与大三角形每个基本顶点下方的线数成正比。

我们可以用数学公式表达三角形数量:n³,其中 n 是大三角形每个基本顶点下方的线的数量。