这篇文章是关于一个几何体的谜题只使用直尺和铅笔将形状平分。问题是:
假设你有一个由两个互相接触的矩形组成的“L”形。这两个矩形可以有任意尺寸,它们不必以任何方式相等。(下面显示了几个示例。)
只用一把直尺和一支铅笔(没有尺子、量角器或圆规),你怎么能画出一条直线,把L切成面积完全相等的两半,而不管L的尺寸是多少?您可以根据需要绘制任意多条直线,但平分线本身只能是一条直线。
这是我的解决方案:
[显示解决方案]
这是一个很棒的小谜题,有一个非常优雅的解决方案。此解决方案基于三个观察结果:
- 你只需要用直尺和铅笔就可以找到矩形的中心。这可以通过绘制一条连接矩形对角的直线来完成。矩形的中心是两条线相交的地方。
- 任何穿过矩形中心的线都将其面积平分。这是因为对称性。由此创建的矩形的两半实际上是彼此旋转的版本(围绕中心180度)。
- “L”形只是两个较小的矩形。或者,你可以把它想象成一个大矩形,从中减去一个小矩形。如果你看问题陈述中的形状,这一点很明显。
现在,解决方案很简单。延长“L”形的边长,以标记所涉及的矩形的所有角。然后找到上面第1项中描述的那些矩形的中心,并用直线连接这些中心。这条线将L形平分,因为它将每个矩形平分。根据划分L形的方式,可以得到两个不同的平分线:
或者,您可以将L形视为差异两个矩形。逻辑是相似的:因为直线平分每个矩形,它也必须平分它们的差!以下是这种结构的说明:
此策略适用于任何形状是两个矩形的和或差!所以它不仅限于L形。更多示例:
最后,如果矩形被平行四边形或任何其他具有两个属性的形状所取代,我们可以很容易地构造出中心,并且所有穿过中心的线都将该区域平分,那么这种构造也有效。例如…
但为什么要到此为止呢?您还可以将此结构扩展到3D!任何穿过矩形棱镜中心的平面都将其体积平分。因此,如果您通过添加和/或减去三个矩形棱镜来创建形状,则穿过三个中心的平面将平分整个形状的体积!