关于折纸的小学生数学智力题

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1、关于折纸的小学生数学智力题折纸为什么要比尺规作图更强?这是一个好问题。查字典数学网欢迎大家阅读折纸的小学生数学智力题,希望对您的学习有所帮助。要解答为何折纸如此强大,首先我们得解决一个问题:什么叫折纸。折纸的游戏规那么是什么?换句话说,折纸允许哪些基本的操作?大家或许会想到一些折纸几何必须遵守的规那么:所有直线都由折痕或者纸张边缘确定,所有点都由直线的交点确定,折痕一律是将纸张折叠压平再展开后得到的,每次折叠都要求对齐某些已有几何元素(不能凭感觉乱折),等等。不过,这些定义都太空了,我们需要更加形式化的折纸规那么。 1991 年, Humiaki Huzita 指出了折纸过程中的 6 种基本操

2、作(也可以叫做折纸几何的公理):1. A 、 B 两点,可以折出一条经过 A 、 B 的折痕2. A 、 B 两点,可以把点 A 折到点 B 上去(想象这张纸是透明的,所有几何对象正反两面都能看见,下同)3. a 、 b 两条直线,可以把直线 a 折到直线 b 上去4. 点 A 和直线 a ,可以沿着一条过 A 点的折痕,把 a 折到自身上5. A 、 B 两点和直线 a ,可以沿着一条过 B 点的折痕,把 A 折到 a 上6. A 、 B 两点和 a 、 b 两直线,可以把 A 、 B 分别折到 a 、 b 上容易看出,它们实际上对应着不同的几何作图操作。例如,操作 1 实际上相当于连接两点

3、,操作 2 实际上相当于作出两点的连线的垂直平分线,操作 3 那么相当于作出线段的夹角的角平分线,操作 4 那么相当于过点作线的垂线。真正强大的那么是后面两项操作,它们确定出来的折痕要满足一系列复杂的特征,不是尺规作图一两下能作出来的(有时甚至是作不出来的)。正是这两个操作,让折纸几何有别于尺规作图,折纸这门学问从此处开始变得有趣起来。更有趣的是,操作 5 的解很可能不止一个。在大多数情况下,过一个点有两条能把点 A 折到直线 a 上的折痕。操作 6 那么更猛:把两点分别折到对应的两线上,最多可以有三个解!一组限定条件能同时产生三个解,这让操作 6 变得无比灵活,无比强大。利用一些并不太复杂的

4、【解析】几何分析,我们能得出操作 6 有三种解的根本原因:满足要求的折痕是一个三次方程的解。也就是说,给出两个点和两条对应的线后,寻找符合要求的折痕的过程,本质上是在解一个三次方程!让我们来回顾一下尺规作图里的五个基本操作:1. 过两点作直线2. 给定圆心和圆周上一点作圆3. 寻找直线与直线的交点4. 寻找圆与直线的交点5. 寻找圆与圆的交点这五项操作看上去变化多端,但前三项操作都是唯一解,后两项操作最多也只能产生两个解。从这个角度来看,尺规作图最多只能解决二次问题,加减乘除和不断开方就已经是尺规作图的极限了。能解决三次问题的折纸规那么,势必比尺规作图更加强大。正因为如此,一些尺规作图无法完成

5、的任务,在折纸几何中却能办到。这就回到了文章开头提到的问题:用折纸法可以实现作正七边形,而这是无法用尺规作图办到的。我们有更简单的例子来说明,用折纸法能完成尺规作图办不到的事情。倍立方体问题是古希腊三大尺规作图难题之一,它要求把立方体的体积扩大到原来的两倍,本质上是求作 2 的立方根。由于尺规作图最多只能开平方,因而它无法完成倍立方体的任务。但是,折纸公理 6 相当于解三次方程,解决倍立方体难题似乎是游刃有余。有意思的是,用纸片折出 2 的立方根比想象中的更加简单。取一张正方形纸片,将它横着划分成三等份(方法有很多,大家不妨自己想想)。然后,将右边界中下面那个三等分点折到正方形内上面那条三等分

6、线上,同时将纸片的右下角顶点折到正方形的左边界。那么,纸片的左边界就被分成了radic;2: 1 两段。利用勾股定理和相似三角形建立各线段长度的关系,我们不难证明它的正确性。强烈建议大家自己动笔算一算,来看看三次方程是如何产生的。本文写到这里,大家或许以为故事就结束了吧。 10 年以后(也就是 2019 年),事情又有了转折: Koshiro Hatori 发现, Humiaki Huzita 的 6 个折纸公理并不是完整的。 Koshiro Hatori 给出了折纸的第 7 种操作。从形式上看,第 7 公理与已有的公理如出一辙,并不出人意料,很难想象这个公理整整十年里竟然一直没被发现。继续阅

7、读之前,大家不妨先自己想想,这个缺失的操作是什么。这段历史背景无疑让它成为了一个非常有趣的思考题。Koshiro Hatori 补充的公理是:7. 点 A 和 a 、 b 两直线,可以沿着一条垂直于 b 的折痕,把 A 折到 a 上。后来,这 7 条公理就合称为了 HuzitaHatori 公理,你可以在Wikipedia上读到这个条目。在 2019 年的一篇文章中, Robert J. Lang 对这些公理进行了一番整理和分析,证明了这 7 条公理已经包含折纸几何中的全部操作了。Robert J. Lang 注意到了,上述 7 项基本操作其实是由一些更基本的操作要素组合而成的,例如把点折到线

8、上、折痕经过点等等。说得更贴切一些,这些更加基本的操作要素其实是对折痕的限制条件。在平面直角坐标系中,折痕完全由斜率和截距确定,它等价于一个包含两个变量的方程。不同的折叠要素对折痕的限制力是不同的,例如把点折到点上就同时要求 x1 = x2并且 y1 = y2,可以建立出两个等量关系,一下子就把折痕的两个变量都限制住了。而折痕经过点那么只能列出一个方程,只能确定一个变量(形式上通常表示为与另一个变量的关系),把折痕的活动范围限制在一个维度里。不难总结出,基本的折叠限制要素共有 5 个:(1) 把点折到点上,确定 2 个变量(2) 把点折到线上,确定 1 个变量(3) 把线折到线上,确定 2 个

9、变量(4) 把线折到自身上,确定 1 个变量(5) 折痕经过点,确定 1 个变量观察内容的选择,我本着先静后动,由近及远的原那么,有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的,能理解的观察内容。随机观察也是不可少的,是相当有趣的,如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等,孩子一边观察,一边提问,兴趣很浓。我提供的观察对象,注意形象逼真,色彩鲜明,大小适中,引导幼儿多角度多层面地进行观察,保证每个幼儿看得到,看得清。看得清才能说得正确。在观察过程中指导。我注意帮助幼儿学习正确的观察方法,即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察,观察与说话相结合,在观察中积累词汇,理解词汇,如一次我抓住时机,引导幼儿观察雷雨,雷雨前天空

10、急剧变化,乌云密布,我问幼儿乌云是什么样子的,有的孩子说:乌云像大海的波浪。有的孩子说乌云跑得飞快。我加以肯定说这是乌云滚滚。当幼儿看到闪电时,我告诉他这叫电光闪闪。接着幼儿听到雷声惊叫起来,我抓住时机说:这就是雷声隆隆。一会儿下起了大雨,我问:雨下得怎样?幼儿说大极了,我就舀一盆水往下一倒,作比较观察,让幼儿掌握倾盆大雨这个词。雨后,我又带幼儿观察晴朗的天空,朗诵自编的一首儿歌:蓝天高,白云飘,鸟儿飞,树儿摇,太阳公公咪咪笑。这样抓住特征见景生情,幼儿不仅印象深刻,对雷雨前后气象变化的词语学得快,记得牢,而且会应用。我还在观察的基础上,引导幼儿联想,让他们与以往学的词语、生活经验联系起来,在

11、发展想象力中发展语言。如啄木鸟的嘴是长长的,尖尖的,硬硬的,像医生用的手术刀样,给大树开刀治病。通过联想,幼儿能够生动形象地描述观察对象。而折痕本身有 2 个待确定的变量,因此符合要求的折纸操作只有这么几种: (1) , (2)+(2) , (3) , (4)+(4) , (5)+(5) , (2)+(4) , (2)+(5) , (4)+(5) 。但是,这里面有一种组合需要排除掉: (4)+(4) 。在绝大多数情况下, (4)+(4) 实际上都是不可能实现的。如果给出的两条直线不平行,我们无法折叠纸张使得它们都与自身重合,因为没有同时垂直于它们的直线。其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键

12、是记忆有技巧,死记之后会活用。不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生死记名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。另外 7 种那么正好对应了前面 7 个公理,既无重合,又无遗漏。折纸几何至此便有了一套完整的公理。我国古代的读书人,从上学之日起,就日诵不辍,一般在几年内就能识记几千个汉字,熟记几百篇文章,写出的诗文也是字斟句酌,琅琅上口,成为满

13、腹经纶的文人。为什么在现代化教学的今天,我们念了十几年书的高中毕业生甚至大学生,竟提起作文就头疼,写不出像样的文章呢?吕叔湘先生早在1978年就尖锐地提出:中小学语文教学效果差,中学语文毕业生语文水平低,十几年上课总时数是9160课时,语文是2749课时,恰好是30%,十年的时间,二千七百多课时,用来学本国语文,却是大多数不过关,岂非咄咄怪事!寻根究底,其主要原因就是腹中无物。特别是写议论文,初中水平以上的学生都知道议论文的三要素是论点、论据、论证,也通晓议论文的基本结构:提出问题分析问题解决问题,但真正动起笔来就犯难了。知道是这样,就是讲不出为什么。根本原因还是无米下锅。于是便翻开作文集锦之类的书大段抄起来,抄人家的名言警句,抄人家的事例,不参考作文书就很难写出像样的文章。所以,词汇贫乏、内容空洞、千篇一律便成了中学生作文的通病。要解决这个问题,不能单在布局谋篇等写作技方面下功夫,必须认识到死记硬背的重要性,让学生积累足够的米。不过,折纸的学问远远没有到此结束。如果允许单次操作同时包含多处折叠,折纸公理将会更复杂,更强大。折纸的极限究竟在哪里,这无疑是一个非常激动人心的话题。以上就是查字典数学网推荐的折纸的小学生数学智力题,欢迎大家阅读。

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