選單圖示 主題
Search

理髮師問題


HaberdashersProblem

理髮師問題是指將剖分等邊三角形正方形的問題的名稱。Demaine等人。(2024) 總結了這個問題 history。杜德尼在他 1902 年 4 月 6 日的專欄中提出了這個問題,但沒有明確表明是否已知解決方案。在他專欄的下一期(1902 年 4 月 20 日),杜德尼給出了一個五片解法,同時指出曼徹斯特的 C. W. McElroy 找到了一個四片解法。

在接下來的專欄(1902 年 5 月 4 日)中,杜德尼展示了上面圖示的四片解法,但沒有明確指出這種剖分是杜德尼還是 McElroy 的成果(Frederickson 1997, Frederickson 2002, Demaine等人。2024)。這個謎題和解決方案後來以“理髮師謎題”的名稱出現在杜德尼 (1908) 的著作中。

如上圖所示標記剖分(Amplify Education)。然後三角形 DeltaABC 的頂點對應於正方形中的一個點 C=A=B。另一方面,三角形中的點 MN 各自分叉成兩個獨立的點,分別對應於正方形的不同頂點。在圖中,AD=DCCE=EB,(因此 DE 分別平分 ACBC),AH=GB=AB/4,且 HG=AB/2。此外,由於點 MN 成為正方形的頂點,因此角 ∠HMD∠DME∠HNG∠ENG 都是直角

HaberdashersProblemLengths

正方形具有單位邊長和麵積,則有四個不同的邊長,按從小到大排列為

s_1=(sqrt(3))/2
(1)
s_2=sqrt(3/2)
(2)
s_3=sqrt(3)
(3)
s_4=(sqrt(15))/2.
(4)

這些邊長分別對應於一條直角邊長為 s_2,斜邊長為 s_3等腰直角三角形;一條邊長為 s_2s_4菱形;以及兩個映象四邊形,它們的邊長為 s_2s_1s_4s_2,包含一個直角。這種四邊形可以稱為“理髮師四邊形”。

DissectionTriangleSquare

令人驚奇的是,這種剖分不僅允許將等邊三角形僅用三刀剖分為正方形,而且所得的四個部分可以鉸接,以便它們可以摺疊成等邊三角形正方形(Gardner 1961, p. 34; Stewart 1987, p. 169; Wells 1991, pp. 61-62)。

Demaine等人。(2024) 證明了等邊三角形正方形沒有少於三個多邊形塊的公共剖分,從而確定了杜德尼的剖分是最優的。


參見

剖分

使用 探索

參考文獻

Amplify Education. "Hinged Dissection." https://polypad.amplify.com/lesson/hinged-dissection.更新連結Chuan, J. C. "Geometric Construction." http://www.math.ntnu.edu.tw/gc/chuan/gc.htmlDemaine, E. D.; Kamata, T.; and Uehara, R. "Dudeney's Dissection is Optimal." 5 Dec 2024. https://arxiv.org/abs/2412.03865.Dudeney, H. E. "Puzzles and Prizes." April 6, April 20, and May 4, 1902.Dudeney, H. E. Amusements in Mathematics. London: Thomas Nelson and Sons, 1917.Dudeney, H. E. Amusements in Mathematics. New York: Dover, p. 27, 1958.Frederickson, G. Dissections: Plane and Fancy. New York: Cambridge University Press, 1997.Frederickson, G. N. Hinged Dissections: Swinging and Twisting. Cambridge, England: Cambridge University Press, 2002.Gardner, M. "Mathematical Games: About Henry Ernest Dudeney, A Brilliant Creator of Puzzles." Sci. Amer. 198, 108-112, Jun. 1958.Gardner, M. The Second Scientific American Book of Mathematical Puzzles & Diversions: A New Selection. New York: Simon and Schuster, 1961.Stewart, I. The Problems of Mathematics, 2nd ed. Oxford, England: Oxford University Press, 1987.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Geometry. London: Penguin, pp. 61-62, 1991.

在 中被引用

理髮師問題

引用為

Weisstein, Eric W. "理髮師問題。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/HaberdashersProblem.html

主題分類