作者:大神团·张通
作者介绍:张通,新东方智慧学堂授课老师,北京大学力学系理论与应用力学专业学士 。
今天的话题要从一个经典的问题说起——“为什么井盖都是圆形的?”
【三角形 立体构成 三角形的立体图形叫什么名字】
网上热传 , 这是微软中国延续了很多年的面试真题,很多人因为答不上这道题被微软淘汰 。关于这套题的答案,说法有很多,比较大众的有两种:
1、圆形井盖不会掉进井里,因为正三角形当俯视图是高线时会沿边长方向掉入,正方形会沿对角线方向掉入,事实上n边形都会沿最长对角线方向掉入,只有圆形不会掉入
2、井盖很重,圆形可以滚动 , 方便运输或更换 。
然而这都不是正确答案?。ㄕ反鸢福嵩谖哪└嫠叽蠹遥?
要是只考虑这两个要求的话,从严谨的学术角度上来说,我们显然还有更优选择——
我们把井盖看成一个封闭的平面图形,若不会掉进截面相同的井里,需要该图形从各个方向看 , 其宽度必须一样,否则宽度小的方向就会沿宽度大的方向掉入 。于是把满足这个性质的图形称为“定(等)宽图形(曲线)” 。
根据性质,显然“定宽曲线”也可以在一组定宽的平行线间滚动(圆也是“定宽曲线”) 。
那我们的更优选择是什么呢?这就要从十九世纪德国机械工程专家、机构运动学的创始人勒洛说起了 。勒洛最先发现了一种满足“定宽曲线”性质的曲线,后人称为“勒洛三角形” 。
为了下文叙述方便,引入“曲率” 。曲率是描述曲线弯曲程度的量,对于圆和圆弧来说,它的定义很好理解,就是圆(或圆弧所在圆)的半径的倒数 。所以容易知道 , 曲率越大,曲线越弯曲 。
勒洛三角形的定宽性容易证明,读者朋友可以先试着自己证明一下看看 。可以和下面的对比看看您的证明是否正确哦~
有了勒洛三角形的例子,那么自然要问,有没有勒洛四边形?
实际上,由四边形顶点引出弧是不能构成勒洛四边形的 。
首先 , 以下只需要考虑凸多边形,因为凹点可以直接无视并去掉 。然后每个顶点的两边不为同一个圆弧 , 否则该顶点只是圆弧中间部分的一点,可以直接无视并去掉 。
其次,勒洛多边形的所有曲线都是圆弧,由定宽性,这些圆弧的曲率都必须相同 。
结论:不存在勒洛四边形 。
那勒洛正五边形呢?
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