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清光绪十五年曾出版过一本名叫《鹅幻汇编》的戏法书,作者为唐芸洲。在这本书中,汇编了许多中国古典智力游戏,其中有一种名叫“奇分四喜”的拼板玩具很有意思。文中说:“以纸一幅,如三小方相拼,一裁为四。而四纸相叠,恰如一式,略无丝毫之大小,亦巧思世。”文中附“纸样式”及“分裁拼合式”图(如图1),并指出“纸的样子略似磬(qìng)形”。说明白一点,“奇分四喜”就是将一张缺角四方形(可以看成是3个小正方形相拼而成的六边形,即磬形)纸一裁为四。这四幅小纸图形和原来形状一样,也是缺角四方形。因为这4个小六边形类似四胞胎,所以得名“奇分四喜”
如果从平面几何上分析,这实质上就是一个将几何图形分成四个相似的小几何图形,而且又可以将這4个小几何图形拼合成原几何图形的问题。
那么,这样的“奇分四喜”的几何图形还有没有呢?有意思的是,这样的几何图形还有,而且有不少智力专家研究过。智力大师马丁·加德纳就在《科学美国人》杂志上讨论过这个问题,加德纳把这个问题称之为“平面图形的复生问题”,复生图形可以一分为二、一分为三、一分为四、一分为五……这里只谈谈一分为四,即“奇分四喜”的情况。
先说最简单的三角形复生成4个相似小三角形的问题。这个问题很简单,任何一个三角形都可以“奇分四喜”。分法很简便,只要找到三角形各边中点,将每2个中点连线,即可得到4个和原三角形相似,且面积只有原三角形的四分之一的小三角形(如图2)
至于四边形也不复杂。任意平行四边形都可以分成4个相似,且面积只有原面积四分之一的小平行四边形(这只要将四边形对边中点连线即可)(如图3)。
还有一种特殊的平行四边形具有这样的特性,而且有另外的分法,这就是相邻两边的边长为2:1的平行四边形(如图4)。从图上可以看出,只要沿平行四边形的长边,将四边形平分成4个小平行四边形即可。
至于梯形,至今已找到了三种特殊的梯形有这样的特性(如图5)
如果从平面几何上分析,这实质上就是一个将几何图形分成四个相似的小几何图形,而且又可以将這4个小几何图形拼合成原几何图形的问题。
那么,这样的“奇分四喜”的几何图形还有没有呢?有意思的是,这样的几何图形还有,而且有不少智力专家研究过。智力大师马丁·加德纳就在《科学美国人》杂志上讨论过这个问题,加德纳把这个问题称之为“平面图形的复生问题”,复生图形可以一分为二、一分为三、一分为四、一分为五……这里只谈谈一分为四,即“奇分四喜”的情况。
先说最简单的三角形复生成4个相似小三角形的问题。这个问题很简单,任何一个三角形都可以“奇分四喜”。分法很简便,只要找到三角形各边中点,将每2个中点连线,即可得到4个和原三角形相似,且面积只有原三角形的四分之一的小三角形(如图2)
至于四边形也不复杂。任意平行四边形都可以分成4个相似,且面积只有原面积四分之一的小平行四边形(这只要将四边形对边中点连线即可)(如图3)。
还有一种特殊的平行四边形具有这样的特性,而且有另外的分法,这就是相邻两边的边长为2:1的平行四边形(如图4)。从图上可以看出,只要沿平行四边形的长边,将四边形平分成4个小平行四边形即可。
至于梯形,至今已找到了三种特殊的梯形有这样的特性(如图5)