Liên hệ zalo

Mười vạn câu hỏi vì sao Toán học

Thứ sáu - 23/09/2022 04:12
Mười vạn câu hỏi vì sao, 10 vạn câu hỏi vì sao Toán học pdf, 10 Vạn Câu Hỏi Vì Sao Trọn bộ, Những Câu hỏi Lớn -- Toán học PDF, 10 vạn câu hỏi vì sao - Vật lý vui, 10 vạn câu hỏi vì sao sinh học, 10 Vạn Câu Hỏi Vì sao - Khoa học môi trường, 10 vạn câu hỏi vì sao tiếng Trung
Mười vạn câu hỏi vì sao Toán học
Mười vạn câu hỏi vì sao Toán học
Mười vạn câu hỏi vì sao Toán học

Chúng ta sau khi đã học xong một định lí toán học, thì nên chú ý liên hệ chúng với thực tiễn cuộc sống, sản xuất. Hãy xem xét một ví dụ sau.

 

Trong một nhà máy có một đống phế liệu, trong đó có nhiều tấm gỗ hình 4 cạnh, các tấm gỗ phế liệu này có kích thước hoàn toàn giống nhau dù hình dáng có khác nhau: có tấm hình vuông, có tấm chữ nhật, đều là các hình 4 cạnh khác nhau. Nếu đem chúng xử lí và chế tác thành những hình có quy củ thì sẽ cắt bỏ nhiều mảnh nhỏ vụn, lãng phí gỗ. Nhiều người đã tính toán tìm cách tận dụng thật tốt phế liệu. Sau này có người dùng các gỗ phế liệu này để phủ sàn nhà, nhờ vậy bất kể các tấm lớn nhỏ đều có thể tận dụng làm ván sàn, chỉ cần gia công hai đầu chút ít là được.

Tại sao vậy? Vì tổng các góc trong của các tứ giác đều là 360o. Theo các lí do như trên ta có thể cắt để lắp kín mặt bằng không có khe hở. Theo cách này, ta có thể chế tác các tấm gỗ thành băng dài, đương nhiên cũng có thể ghép chúng thành mảng có kích thước lớn.

Nhờ vậy có thể sử dụng các tấm gỗ hình bốn cạnh bất kì ghép thành tấm phủ mặt đất. Dùng máy tính điện tử người ta có thể tìm được nhiều phương án lắp ghép trước nay chưa từng có.

Từ khoá: Hình nhiều cạnh.



Bạn có chú ý trong đời sống hàng ngày có bao nhiêu loại hình khảm, đó là các mảnh hình khảm ghép lại với nhau mà thành.

Yêu cầu của các hình khảm là khi các đường chu vi gặp nhau tổng các góc phải bằng 360o, nhờ vậy khi ghép chúng lại sẽ không có khe hở. Nếu dùng các mảnh khảm gồm các hình nhiều cạnh thì có bao nhiêu cách lắp ghép?
 
 

Trước hết xem xét từ khía cạnh các điểm gặp nhau của các hình có nhiều cạnh. Do các góc trong của các đa giác nhỏ nhất là 60o, lớn

nhất là 180o nên chỉ có các hình 3, 4, 5, 6 cạnh là có thể sử dụng. Ta thử xét ba tình huống. Ta gọi các hình đa giác có các số cạnh là x, y, z thì các góc trong sẽ là:

Khi ghép chúng lại với nhau để khảm thì

Bởi vì 1/x + 1/y + 1/z = 1/2

Không kể trật tự sắp xếp của các số x, y, z thì phương trình này có 10 nhóm nghiệm là:

(3, 7, 42); (3, 8, 24); (3, 9, 18); (3, 10, 15); (3, 12, 12); (4, 5, 20); (4,

6, 12); (4, 8, 8); (5, 5, 10); (6, 6, 6).

Cũng với lí luận tương tự khi chọn phương án bốn loại đa giác ta có bốn nhóm nghiệm: (3, 3, 4, 12); (3, 3, 6, 6); (3, 4, 4, 6); (4, 4, 4, 4). Với phương án năm loại đa giác sẽ có hai nhóm nghiệm (3, 3, 3, 3, 6) và (3, 3, 3, 4, 4), còn nếu dùng sáu loại đa giác thì chỉ có một nhóm nghiệm (3, 3, 3, 3, 3, 3).

Như vậy nếu xét theo quan điểm, điểm giao nhau của các đa giác đều có 17 loại cách phối trí khác nhau. Thế nhưng có phải cả 17 phương án này đều có thể sử dụng trong kĩ thuật nạm khảm. Thực tế chỉ có các đa giác đều có 3, 4, 6, 8, 12 cạnh là có thể ghép nối vào nhau để khảm làm 11 loại khảm ghép để lấp kín bề mặt mà không có khe hở, còn sáu loại đa giác khác chưa tìm được cách ghép thành công.

Thế thì từ 11 loại tình huống có thể có cách sắp xếp nào? Chúng ta có thể bàn đến bốn loại sắp xếp chính:

1. Các hình khảm đều: Tức là dùng cách lắp ghép các đa giác cùng loại như ở các hình vẽ 1 - 3. Chỉ có 3 loại lắp ghép (6, 6, 6); (4, 4, 4, 4) và (3, 3, 3, 3, 3).

2. Các hình khảm nửa đều: Dùng cách lắp ghép các hình đa giác không đồng nhất nhưng số điểm giao nhau của đường biên các đa giác đều giống nhau như ở các hình vẽ từ 4 - 9. Có 6 loại (3, 12, 12); (4, 8, 8); (3, 3, 6, 6); (3, 4, 4, 6); (3, 3, 3, 6) và (3, 3, 3, 4, 4).

3. Các hình khảm đều đặn: Số giao điểm của các đường biên các đa giác là giống nhau, chỉ có thứ tự sắp xếp khác nhau như ở các hình vẽ 10 - 13. Loại khảm này dựa vào giao điểm các đường biên của các đa giác theo một thứ tự nhất định, nhưng vị trí tương đối của các giao điểm là vô hạn. Ví dụ nếu dịch chuyển ô giữa của hình 11 sang bên phải một ô ta sẽ có một loại đồ hình khảm khác. Nếu cách 1, 2, 3... hàng di chuyển sang phải một ô sẽ được một hình khảm khác. Vì vậy
ởhình khảm này ta sẽ thu được nhiều loại. 

4. 
Các hình khảm không đều đặn: Các giao điểm của các đường biên của các đa giác không giống nhau, số giao điểm cũng không giống nhau. Các hình khảm này cũng có vô số loại.

Ngoài các phương án kể trên người ta có thể sử dụng các hình tam giác, hình bốn cạnh không đều hoặc các đường gấp khúc, cũng nhận được các hình khảm tinh xảo.

Từ khoá: Hình khảm; Hình đa giác đều.


Nếu quan sát kĩ các tổ ong, bạn sẽ thấy có nhiều điều đáng kinh ngạc. Kết cấu của tổ ong quả là kì tích trong tự nhiên. Các tổ ong ở do nhiều tấm vách ngăn có độ lớn nhỏ giống nhau tạo thành, nhưng nhìn từ chính diện chúng đều là hình sáu cạnh, sắp xếp đều đặn. Nhưng nếu nhìn nghiêng thì đó là các hình lăng trụ lục giác sắp xếp khít nhau. Nhưng đáy của các lăng trụ lại làm cho người ta kinh ngạc hơn! Các đáy không bằng cũng không phải là mặt hình tròn, cũng không nhọn mà là do ba hình thoi hoàn toàn đồng nhất ghép lại thành một đáy nhọn.
 


Dạng lục giác kì diệu của các tổ ong gợi sự chú ý của nhiều người. Tại sao các vách ngăn của tổ ong tạo thành hình lục giác mà không tạo thành hình tam giác, hình vuông, hình ngũ giác.

Vì các vật thể hình lăng trụ khi chịu áp lực bốn bên: trái, phải, trước, sau tiết diện sẽ biến thành hình lục giác đều. Vì vậy theo quan điểm lực học, hình lục giác là hình có tính ổn định cao nhất. Thế khi ong xây tổ có phải chúng đã bị loại sức ép như vậy tác động? Đương nhiên không phải như vậy.

Hình lục giác của tổ ong ngay từ đầu đã liền phiến như vậy. Vào thế kỉ XVIII, một học giả người Pháp là Moralti đã tiến hành đo đạc cẩn thận các góc trong tổ ong và phát hiện ra một quy luật lí thú: Các hình thoi ở mặt đáy của tổ ong có góc tù là 109o28' còn góc nhọn là 70o32'. Hiện tượng này gợi ý cho nhà vật lí Reaumur liệu đó có phải là giải pháp xây tổ ong cho phép tiết kiệm nguyên liệu nhất mà dung tích chỗở lại lớn nhất? Do đó ông đã trao đổi ý kiến với nhà toán học Thuỵ sĩ là Koenig. Qua tính toán cẩn thận, Koenig đã khẳng định các phán đoán của Reaumur. Thế nhưng theo các tính toán chính xác của Koenig thì các góc của hình thoi phải là 109o26' và 70o34', so với các số liệu đo đạc ở tổ ong thời đó thì sai khác hai phút.

Vào năm 1743, nhà toán học Anh là Maclaurin lại nghiên cứu cấu trúc tổ ong. Ông đã dùng một phương pháp mới tính toán và đi đến kết luận là các góc trong tổ ong hoàn toàn phù hợp với các kết quả tính toán. Nguyên do của sai lệch đã nêu trên là do Koenig đã dùng một bảng số in sai.

Qua mấy thế kỉ nghiên cứu cấu trúc tổ ong, cuối cùng người ta tìm thấy là chính cấu trúc tổ ong hữu hiệu nhất về mặt tiết kiệm nguyên liệu và không gian. Ngoài ra người ta còn tìm thấy loại cấu trúc này còn có nhiều tính năng kì diệu khác. Ngày nay kiểu cấu trúc tổ ong được ứng dụng nhiều trong kiến trúc, trong hàng không và vô tuyến điện thoại. Các kết cấu “tầng tổ ong” có lợi về mặt cách nhiệt, cách âm trong kiến trúc, cũng như trong thiết kế các ống thoát khí cho các động cơ hàng không.

Từ khoá: Kết cấu tổ ong; Hình lục giác; Lăng trụ lục giác đều.

 

Tổng số điểm của bài viết là: 5 trong 1 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 1 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây