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摺疊


有許多與摺疊相關的數學和趣味問題。摺紙,這門日本的紙張摺疊藝術,就是一個著名的例子。

透過多次摺疊一張紙,然後進行一次完整的直線切割,再展開,可以製作出各種令人驚歎的形狀。例如,經過四次摺疊可以製作出一個五角星(Demaine 和 Demaine 2004, p. 23),同樣也可以製作出多邊形的天鵝、蝴蝶和天使魚(Demaine 和 Demaine 2004, p. 29)。令人驚奇的是,每一種多邊形形狀都可以透過這種方式製作出來,任何不連通的多邊形形狀組合也可以(Demaine 和 Demaine 2004, p. 25)。此外,Bern et al. (2001) 和 Demaine et al. (1998, 1999) 已經設計出用於確定給定形狀摺疊模式的演算法。

FoldingPentagon

Wells(1986, p. 37; Wells 1991)以及 Gurkewitz 和 Arnstein(2003, pp. 49-59)闡述了使用紙張摺疊構造等邊三角形、正五邊形(如上圖所示)、六邊形七邊形八邊形十邊形的方法。

建立 n 邊形(對於 n>=4)所需的最少摺疊次數尚不清楚,但已知一些邊界。特別地,每組 n 個點都是一個合適的 n 邊形在最多 F(n) 次摺疊下的影像,其中

 F(n)<={1/2(3n-2)   for n even; 1/2(3n-3)   for n odd.
(1)

最初的幾個值是 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 17, 18, 20, 21, ... (OEIS A007494)。

透過一次摺疊從 c 可訪問的點,且這些摺疊保持 a_1, ..., a_n 固定,恰好是那些位於或在透過 c 且中心位於 a_i的交集邊界內的點,對於 i=1, ..., n。給定平面上的任意三個點 abc,存在一個等邊三角形,其多邊形頂點xyz,其中 abcxyz 在單次摺疊下的影像。

給定平面上的任意四個點 abcd,存在一個正方形,其多邊形頂點xyzw,其中 abcdxyzw 在最多三次摺疊序列下的影像。此外,任何四個共線點都是一個合適的正方形多邊形頂點在最多兩次摺疊下的影像。每五個(六個)點都是一個合適的正五邊形六邊形)的多邊形頂點在最多五次(六次)摺疊下的影像。

假設可以無限制地摺疊紙張,則每次摺疊後,摺疊紙張的高度都會增加一倍厚度。由於一張典型的 20 磅紙的厚度約為 0.1 毫米,因此摺疊 50 次(如果物理上可行,當然這是不可能的)會產生高度為 1.13×10^(11) 米的紙堆,再摺疊一次,紙堆的高度將超過地球與太陽之間的距離。

Paper folder Britney Gallivan

函式

 L=1/6pid(2^n+4)(2^n-1)
(2)

給出了將紙張對摺的損失函式,其中 L 是材料的最小可能長度,d 是厚度,n 是給定方向上可能的摺疊次數。這個公式表明了在 n 次摺疊中損失了多少“標準化”紙張,從而限制了有限厚度的物體在一個方向上可以摺疊的次數 (波莫納谷歷史學會)。對於 n=0, 1, 2, ... 序列 L/(pid) 給出 0, 1, 4, 14, 50, 186, 714, ... (OEIS A076024)。這個公式是由高中生 Britney Gallivan 在 2001 年 12 月推匯出來的。Britney 隨後在 2002 年 1 月創造了一項新的世界紀錄,她先是將金箔對摺,然後將紙張對摺了驚人的 12 次,從而推翻了 Math@Home 和 PBS Kids 關於紙張對摺次數不能超過八次的說法。Britney 和她的壯舉在電視犯罪劇集NUMB3RS第一季的劇集“身份危機”(2005 年)中被提及。


另請參閱

Alexandrov 定理, 屈曲紙玩具, 摺疊函式, 地圖摺疊, 摺紙, 摺紙常數, Rudin-Shapiro 序列, 郵票摺疊

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參考文獻

Bern, M.; Demaine, E.; Eppstein, D.; and Hayes, B. "A Disk-Packing Algorithm for an Origami Magic Trick." In Proc. Third Internat. Meeting of Origami Science, Math, and Education, Monterey, California, March 2001. pp. 17-28.Bern, M.; Demaine, E.; Eppstein, D.; and Hayes, B. "A Disk-Packing Algorithm for an Origami Magic Trick." Proc. Internat. Conference of Fun with Algorithms, Isola d'Elba, Italy, June 1998. pp. 32-42.Cundy, H. and Rollett, A. Mathematical Models, 3rd ed. Stradbroke, England: Tarquin Pub., 1989.Demaine, E. K. and Demaine, M. L. "Fold-and-Cut Magic." In Tribute to a Mathemagician (Ed. B. Cipra, E. D. Demaine, M. L. Demaine, and T. Rodgers). Wellesley, MA: A K Peters, pp. 23-30, 2004.Demaine, E. K.; Demaine, M. L.; and Lubiw, A. "Folding and Cutting Paper." It Revised Papers from the Japan Conference on Discrete and Computation Geometry (Ed. J. Akiyama, M. Kano, and M. Urabe). Tokyo, Japan, pp. 104-117, 1998.Demaine, E. K.; Demaine, M. L.; and Lubiw, A. "Folding and Straight Cut Suffice." In Proc. 10th Annual ACM-SIAM Symposium Disc. Alg. Baltimore, MD: ACM Press, pp. 891-892, 1999.Gallivan, B. C. "How to Fold Paper in Half Twelve Times: An 'Impossible Challenge' Solved and Explained." Pomona, CA: Historical Society of Pomona Valley, 2002.Gardner, M. "Mathematical Games: Recreations Involving Folding and Cutting Sheets of Paper." Sci. Amer. 202, 161-170, Jun. 1960.Gardner, M. "Paper Cutting." Ch. 5 in Martin Gardner's New Mathematical Diversions from Scientific American. New York: Simon and Schuster, pp. 58-69, 1966.Gardner, M. "Single-Cut Stunts." In Encyclopedia of Impromptu Magic. Chicago, IL: Magic, Inc., pp. 424-428, 1978.Gurkewitz, R. and Arnstein, B. Multimodular Origami Polyhedra: Archimedeans, Buckyballs, and Duality. New York: Dover, 2003.Hilton, P.; Holton, D.; and Pedersen, J. "Paper-Folding and Number Theory." Ch. 4 in Mathematical Reflections in a Room with Many Mirrors. New York: Springer-Verlag, pp. 87-142, 1997.Houdini, H. Houdini's Paper Magic: The Whole Art of Performing with Paper, Including Paper Tearing, Paper Folding and Paper Puzzles. New York: Dutton, 1922.Klein, F. "Famous Problems of Elementary Geometry: The Duplication of the Cube, the Trisection of the Angle, and the Quadrature of the Circle." In Famous Problems and Other Monographs. New York: Chelsea, p. 42, 1980.Legman, G. Bibliography of Paper-Folding. Malvern, England: Priory Press, 1952.Loe, G. M. Paper Capers. Chicago, IL: Magic, Inc., 1955.Math@Home. "Amazing Paperfolding Fact." http://educ.queensu.ca/~fmc/june2002/PaperFact.htm. June 2002."National Standards and Emblems." Harper's New Monthly Magazine 47, No. 278, 171-181, July 1873.PBS Kids. "Paper Fold." http://pbskids.org/zoom/activities/phenom/paperfold.html.Peterson, I. "MathTrek: Folding Paper in Half--Twelve Times." Jan. 24, 2004. http://www.sciencenews.org/20040124/mathtrek.asp.Pomona Valley Historical Society. "How to Fold Paper in Half Twelve Times." http://pomonahistorical.org/12times.htm.Sabinin, P. and Stone, M. G. "Transforming n-gons by Folding the Plane." Amer. Math. Monthly 102, 620-627, 1995.Sloane, N. J. A. Sequences A007494 and A076024 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Sundra Row, T. Geometric Exercises in Paper Folding. New York: Dover, 1966.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers. Middlesex, England: Penguin Books, 1986.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Geometry. London: Penguin, pp. 191-192, 1991.Wertheim, M. "Origami as the Shape of Things to Come." The New Your Times, Section F, Column 1, p. 1. Feb. 15, 2005.

在 中被引用

摺疊

請引用為

Weisstein, Eric W. "摺疊。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Folding.html

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