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大家在课本里都听过达芬奇画鸡蛋的故事。小达芬奇的老师为了教导达芬奇绘画的基本功,让达芬奇画了好多好多鸡蛋。
但是如果达芬奇小时候就知道下面这种画鸡蛋的简单方式,他可能就会把画鸡蛋的时间用在玩耍上,而不会出现在我们的书本里了。(这难道不是好事?)
关键概念
椭圆、卵形线
材料和工具
3个图钉
一根棉线
一把尺子
一个圆规
一支笔
操作步骤
首先我们回忆一下圆是怎么画的?
有一个点和一个圆规就可以实现了对吧,很简单。
大家知道椭圆怎么画吗?
这个也挺简单哈,你需要2个点和一条线。
那么你知道鸡蛋怎么画吗?
今天我们就来介绍一种画鸡蛋的简单方式。
这个画鸡蛋的方法是美国著名数学科普作者马丁·加德纳创造的,他也是《科学美国人》杂志上一个开设了20年的数学游戏专栏的数学家。
加德纳用来画鸡蛋的方法很简单。
1. 首先你要用3个图钉制造一个等腰三角形。
怎么做呢,先随便定2个点A、B,然后用圆规的一段顶着A和B点,分别画一道圆弧,2段圆弧的焦点就是C点了。在A、B、C点分别钉一个图钉,等腰三角形就完成了。
2. 接下来,你需要剪一段棉线,这段棉线的长度要稍微大于等腰三角形的边长,也就是说它不能刚好卡在等腰三角形上,而要稍稍松一些。然后把棉线的两头打个结。
3. 然后,把棉线套在3个图钉外面,再把笔尖放在棉线形成的环里面,紧紧绷住,然后像下面这样,绕着1、2、3三个点画线就可以了。画好了以后你就会发现,你画出来的就是一个鸡蛋呀!
实验原理
类似鸡蛋的曲线叫做卵形线。这种线就像鸡蛋一样,一头尖尖的,一头圆圆的,而且和椭圆不一样,只有一条对称轴。
在数学上有许多种方式能够描述卵形线,也就是说你可以用很多种方式画鸡蛋哦。比如,2个椭圆形就能拼成一个卵形线。
实际上,你的鸡蛋是由6段椭圆线拼成的。哪六段呢?就是下面这些。
如果改变棉线的长度和等腰三角形的形状,你可以制造出不同形状的鸡蛋哦。快来试一试,打败达芬奇吧!
实际上,如果你的电脑里装了一些可以画线的软件,比如 Matlab、Mathway(点我看下这是什么软件),你也可以根据一些数学公式来画鸡蛋哦。比较著名的卵形线公式有笛卡尔卵形线、卡西尼卵形线等。
卡西尼卵形线
亲爱的小伙伴们,
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参考资料:Martin Gardner: The Last Recreations, Hydras, Eggs, and Other Ma, Springer, New York 1997
图片来源:bio.com, rober, Science Reviews 2000 Ltd