Флексагон — гениальная игрушка-головоломка из обычного листа бумаги

ТолкованиеПеревод

Флексагон

Флексагоны (от англ. to flex, лат. flectere — складываться, сгибаться, гнуться) — это многоугольники, сложенные из полосок бумаги прямоугольной или более сложной, изогнутой формы, которые обладают удивительным свойством: при перегибании флексагонов их наружные поверхности прячутся внутрь, а ранее скрытые неожиданно выходят наружу. Если бы не одно случайное обстоятельство—различие в формате английских и американских блокнотов, — флексагоны, возможно, не были бы открыты и по сей день и многие выдающиеся математики лишились бы удовольствия изучать их замысловатую структуру.

Это произошло в конце 1939 года. Как-то раз Артур Х. Стоун, двадцатитрехлетний аспирант из Англии, изучавший математику в Принстоне, обрезал листы американского блокнота, чтобы подогнать их под привычный формат. Желая немного развлечься, Стоун принялся складывать из отрезанных полосок бумаги различные фигуры. Одна из сделанных им фигур оказалась особенно интересной. Перегнув полоску бумаги в трех местах и соединив концы, он получил правильный шестиугольник. Взяв этот шестиугольник за два смежных треугольника, Стоун подогнул противоположный угол вниз так, что его вершина совпала с центром фигуры. При этом Стоун обратил внимание на то, что, когда шестиугольник раскрывался словно бутон, видимой становилась совсем другая поверхность. Если бы обе стороны исходного шестиугольника были разного цвета, то после перегибания видимая поверхность изменила бы свою окраску. Так был открыт самый первый флексагон с тремя поверхностями. Поразмыслив над ним ночь, Стоун наутро убедился в правильности своих чисто умозрительных заключений: оказалось, можно построить и более сложный шестиугольник с шестью поверхностями вместо трех. При этом Стоуну удалось найти настолько интересную конфигурацию, что он решил показать свои бумажные модели друзьям по университету. Вскоре «флексагоны» в изобилии стали появляться на столе во время завтраков и обедов, когда вся компания собиралась вместе. Для проникновения в тайны «флексологии» был организован «Флексагонный комитет». Кроме Стоуна, в него вошли аспирант-математик Брайант Таккермен, аспирант-физик Ричард Фейнман и молодой преподаватель математики Джон У. Тьюки.

Шестиугольные флексагоны получили название гексафлексагонов. Еще одна численная приставка означала порядок флексагона, то есть число чередующихся поверхностей. В частности, первая созданная Артуром фигура оказалась тригексафлексагоном, а конструкция с шестью поверхностями – гексагексафлексагоном. К 1940 году Фейнманом и Тьюки была разработана всеобъемлющая теория флексагонов, которая позволяла построить флексагон с любым числом сторон и поверхностей всеми возможными способами. Полностью сей труд так и не был опубликован, хотя отдельные его положения впоследствии были открыты другими учёными[1].

Примечания

  1. Сергей Апресов. Шутка гениев: Флексагон. Популярная механика (август 2009). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.

Литература

  • Мартин Гарднер «Математические головоломки и развлечения», 1971.
  • Журналы «Квант» номер 7 за 1988 год.
  • Журналы «Наука и жизнь» номера: №2 за 1970, №9 за 1975, №2 за 1977, №4 за 1992.

Ссылки

Смотреть что такое «Флексагон» в других словарях:

  • флексагон — головоломка Словарь русских синонимов. флексагон сущ., кол во синонимов: 1 • головоломка (9) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин …   Словарь синонимов

  • головоломка — софизм, загадка, флексагон, задача, кроссворд, чайнворд Словарь русских синонимов. головоломка см. загадка Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова …   Словарь синонимов

  • Счастливый билет — Счастливый билет  поверье и математическое развлечение, основанное на нумерологической игре с номером проездного билета. Счастливым считается полученный в общественном транспорте билет, в шестизначном номере которого сумма первых трёх цифр… …   Википедия

  • Флексагонная теория — Флексагоны (от англ. to flex гнуть, сгибать) это многоугольники, сложенные из полосок бумаги прямоугольной или более сложной, изогнутой формы, которые обладают удивительным свойством: при перегибании флексагонов их наружные поверхности прячутся… …   Википедия

  • Четыре четвёрки — Четыре четверки математическая головоломка по поиску простейшего математического выражения для каждого целого числа от 0 до некоторого максимума, используя лишь общие математические символы и цифры четыре (никакие другие цифры не допускаются).… …   Википедия

Книги

  • Квантик, № 6, июнь 2012, . Хотите проникнуть в забавные тайны самого обычного зеркала? Или познакомиться с последними достижениями в той самой геометрии, которую изучают в школе? А узнать о самых разнообразных сигналах… Подробнее  Купить за 146 руб

А вы мастерили с детьми флексагоны? Если вы любите всякие головоломки, как я — вам обязательно понравится. И, как показывает мой опыт, детям от 4 лет тоже 🙂 Вот схема гексафлексагона: Как делать? Надо взять длинную бумажную полоску (отношение сторон 1:7 или для удобства даже подлиннее). Для тренировки лучше взять неплотную бумагу (типа тетрадной), а уже для игрушки детям — поплотнее (типа альбомной). Делаем из полоски бумаги — полоску из треугольников, как в самом верху на схеме. Затем сворачиваем ее (топологически получается лента Мёбиуса) и склеиваем. Что такое у вас получится? Получится шестиугольник, который надо раскрасить разными цветами. Например, с одной стороны красным, а с другой синим. Если этот шестиугольник чуть-чуть согнуть и развернуть из центра, как бутон, то наружу вылезет третий цвет. И теперь ваш бумажный шестиугольник станет красный с одной стороны и белый (некрашенный) с другой. Белый надо снова покрасить в какой-нибудь красивый третий цвет (например, в зеленый). И играться, выворачивая флексагон, поочередно получая красно-синий, красно-зеленый, сине-зеленый шестиугольник. Маленькое математическое чудо. Еще более чудесное чудо — гексагексафлексагон. Это 6 цветный флексагон. Одновременно, естественно, видно только 2 цвета, но выворачивая его можно цвета комбинировать по-разному. Склеивать гексагекса потруднее, и полоску вырезать потруднее, чтобы четкие треугольники были (а это очень важно, иначе ваша игрушка будет «заедать»). Но зато веселья от него на порядок больше. А если у вас пока нет детей, то можно смастерить флексагоны для себя или в подарок. Схемы, конечно, из Гарднера (Гарднер М., Математические головоломки и развлечения, М, Мир, 1971.)

Поделки из бумаги — это целый мир креативного многообразия. Многие фигуры из бумаги придуманы математиками. Например, известная всему миру поделка флексагон тоже придумана студентом-математиком Принстонского университета Артуром Стоуном в 1939 году. Чем занимателен флексагон? Как сделать разнообразные флексагоны и порадовать детей?

Забавная поделка из бумаги

Само латинское слово (flectere), положенное в основу названия, означает сгибаться или складываться. Поэтому флексагон — это многоугольник, который можно создать из обычной полосы белой бумаги. Каждый раз, изгибая многоугольник, мы находим новую плоскость.

На что похож флексагон? Как сделать правильно эту фигуру? Обычно делают шестиугольный плоский флексагон, так как он самый простой. Используя разнообразные рисунки на этих плоскостях, мы можем порадовать детей необычной поделкой, да и привлечь их к созданию как плоской, так и объемной фигуры тоже полезно.

Флексагон: как сделать из бумаги?

С чего начать? Итак, мы решили создать флексагон. Как сделать поделку быстро? Многоугольник легко и быстро собирается из одного листа любой бумаги, но желательно выбрать не слишком мягкий. Флексагоны четырехугольной формы называются тетрафлексагонами. А фигура, имеющая форму шестиугольника, называется гексафлексагоном. Каждая его поверхность имеет 6 секторов-треугольников. Еще есть октафлексагоны (8 сторон) и додекафлексагоны (10 сторон). Как сделать флексагон из бумаги? Схемы очень разнообразны. Рассмотрим самую простую, по которой делается обычный гексафлексагон. Эта схема используется наиболее часто.

Ее несложно нарисовать самостоятельно, ведь она состоит только из группы правильных треугольников. Но можно использовать уже разрисованную схему, по которой первый раз легче собрать поделку. После того как схема вырезана, сгибаем лист пополам и складываем поэтапно, загибая вниз каждый треугольник, составляющий часть отдельной плоскости. Когда флексагон будет полностью собран, склеиваем последнюю деталь.

На каждой из 4 поверхностей будет свой рисунок. Изучив эту схему, дальше можно подойти к работе креативно. На обычном листе бумаги рисуем такие же треугольники. Затем нумеруем секторы, которые образуют плоскости. Треугольники, по инструкции, необходимо загибать вниз, формируя необходимый многоугольник. Но каждый выбирает свой способ, как удобнее сложить. Аналогично этой схеме собирается любой многоугольник-флексагон. Более сложные схемы фигур лучше осваивать постепенно.

Открытка-флексагон

Математическая модель-флексагон непременно заинтересует ребенка. Это удивительное свойство бумаги можно применить разнообразно. На поверхности готовой фигуры изображаем героев детских мультфильмов и преподносим ребенку гениальное доказательство того, что математические модели могут быть интересны.

А также можно придумать отличную и необычную открытку, и это не шутка. Как сделать открытку-флексагон? Если нарисовать на поверхностях поздравительные слова для ребенка и елочные игрушки, это будет отличным подарком на Новый год. Но если рисунки у вас плохо получаются, найдите другой выход. Можно просто вырезать понравившуюся картинку и разделить на равные треугольники, которые потом придется аккуратно приклеить на каждый сектор поделки

Объемные изделия — разнообразие гармонии

Есть еще объемные фигуры. Как сделать объемный флексагон из бумаги? Для этого нужно взять для примера готовую схему, которая состоит из 10 равносторонних треугольников, служащих секторами. Эта фигура называется тригексафлексагон — то есть у данного объемного шестиугольника будет три поверхности. Конечно, это не предел. Модель может содержать и 4, и 5 поверхностей, и даже 10. Эти флексагоны более интересны, хотя основаны на той же идее. Но собрать такое чудо не так просто. Главное правило при построении модели — следовать инструкции. Схема гексафлексагона с 4 поверхностями будет выглядеть так:

А вот пример, по которому собирается еще более грандиозная фигура — нонагексафлексагон. То есть объемный флексагон с шестью углами, а поверхностей здесь уже 9. Эта игрушка уже для взрослых, ребенку такую модель не осилить, во всяком случае, без помощи родителей.

Чтобы разобраться в тонкостях схемы этой объемной фигуры, потребуется время. Заготовку лучше сразу разукрасить разными цветами, чтобы не запутаться при сборке. Пробуйте!

Флексагон в процессе разворачивания.

Флексагоны (от англ. to flex, лат. flectere — складываться, сгибаться, гнуться и греч. ωνος — угольник) — плоские модели из полосок бумаги, способные складываться и сгибаться определённым образом. При складывании флексагона становятся видны поверхности, которые ранее были скрыты в конструкции флексагона, а прежде видимые поверхности уходят внутрь.

Многие флексагоны имеют квадратную (тетрафлексагоны) или шестиугольную (гексафлексагоны) форму. Впрочем, существуют флексагоны других форм, включая прямоугольные и кольцевые.

Для различения плоскостей на секторы флексагона наносят цифры, буквы, элементы изображения или просто окрашивают в определённый цвет.

История

Первый флексагон был открыт в 1939 году английским студентом Артуром Стоуном, изучавшим тогда математику в Принстонском университете в США. Бумага формата Letter была слишком широкой и не умещалась в скоросшиватель, предназначенный для бумаги формата A4. Стоун обрезал края бумаги и из получившихся полосок стал складывать различные фигуры, одна из которых оказалась тригексафлексагоном[1][2].

Вскоре был создан «Флексагонный комитет», в который вошли, кроме Стоуна, аспирант-математик Бриан Таккерман, аспирант-физик Ричард Фейнман и преподаватель математики Джон У. Тьюки[2].

К 1940 году Фейнман и Тьюки разработали теорию флексагонов, заложив тем самым основания для всех последующих исследований. Теория не была опубликована полностью, хотя отдельные её части впоследствии были открыты заново[2]. Нападение на Пёрл-Харбор приостановило работу «Флексагонного комитета», а война вскоре разбросала всех четырёх его учредителей в разные стороны[3].

Популярность флексагоны получили после появления в декабрьском номере журнала «Scientific American» за 1956 год первой колонки Мартина Гарднера «Mathematical Games», посвящённой гексафлексагонам[4][5].

Флексагоны неоднократно были запатентованы в виде игрушек, но не получили широкого коммерческого распространения[6][7].

Виды флексагонов

Поверхности флексагона могут состоять из равносторонних или равнобедренных треугольников, квадратов, пятиугольников и т. д. Флексагон может допускать появление определённого числа поверхностей; некоторые из них могут быть аномальными (т. е. включающими в себя секторы с разными цифрами). Флексагон заданной формы с заданным количеством плоскостей может быть изготовлен из разных развёрток. Более того, даже одна и та же развёртка может допускать разные варианты сворачивания[3][8].

Наименования флексагонов

Названия многих флексагонов образованы по принципу «приставка (число поверхностей) + приставка (форма) + „флексагон“». Таким образом, первая приставка обозначает, сколько у флексагона поверхностей, которые могут рано или поздно раскрыться, а вторая — на сколько частей разделена каждая такая поверхность. Например, тетратетрафлексагон — это флексагон с четырьмя поверхностями, каждая из которых состоит из четырёх квадратов; гексагексафлексагон — флексагон с шестью поверхностями, каждая из которых состоит из шести треугольников; додекагексафлексагон — флексагон с двенадцатью («додека») поверхностями, каждая из которых состоит из шести («гекса») секторов, и т. д.[9]

Впрочем, общепринятой системы наименований для флексагонов нет. Мартин Гарднер использовал термины «тетрафлексагон» и «гексафлексагон» для обозначения флексагонов, состоящих из квадратов и треугольников соответственно, причём поверхности тетрафлексагона могли состоять из четырёх или шести квадратов[3]. В книге Flexagons Inside Out флексагоны обозначаются по форме секторов (квадратный, пятиугольный и т. п.)[10][11]

В более позднее время окта- и додекафлексагонами стали называть флексагоны с 8 и 12 треугольными секторами соответственно[8]. Если секторы поверхностей флексагона представляют собой правильные или равнобедренные треугольники, то помимо гексафлексагонов существуют треугольные тетра-, пента-, гепта-, октафлексагоны[11].

В журналах «Наука и жизнь» использовалась в основном система приставок ИЮПАК[12][13][14][15].

Гексафлексагоны

Гексафлексагоны

Гексафлексагон — это флексагон, имеющий форму правильного шестиугольника. Каждая поверхность флексагона состоит из шести треугольных секторов.

Существует множество гексафлексагонов, различающихся по числу поверхностей. Известны гексафлексагоны с тремя, четырьмя, пятью, шестью, семью, девятью, двенадцатью, пятнадцатью, сорока восемью поверхностями; количество плоскостей ограничено лишь тем, что бумага имеет ненулевую толщину[9][1][3][16][17].

Число видов гексафлексагонов быстро растёт с увеличением числа его поверхностей: существуют 3 вида гексагексафлексагона, 4 вида гептагексафлексагона, 12 видов октагексафлексагонов, 27 видов эннагексафлексагонов и 82 вида декагексафлексагона[3][18].

Тригексафлексагон

Соответственно названию, тригексафлексагон — это шестиугольный флексагон с тремя поверхностями. Это самый простой из всех гексафлексагонов (не считая унагексафлексагона и дуогексафлексагона). Он представляет из себя сплющенную ленту Мёбиуса[1][3]. Тригексафлексагон можно свернуть из полоски бумаги, разделённой на десять равносторонних треугольников[16][1]. Складывание тригексафлексагона осуществляется методом[16][1][19], носящим название pinch flex[20], с поворотом на 60° после каждого складывания.

Гексагексафлексагон

Гексагексафлексагон — флексагон с шестью шестиугольными поверхностями. Гексагексафлексагон можно изготовить из полоски длиной в 19 треугольников[9][19][17].

Тетрафлексагоны

Простейший тетрафлексагон (флексагон с квадратными поверхностями) — тритетрафлексагон, имеющий три поверхности. В любой момент видимыми являются лишь две из трёх поверхностей.

Более сложные гексатетрафлексагон и декатетрафлексагон собираются из крестообразной развёртки без использования клея[12]. Тетрафлексагоны с числом плоскостей 4n + 2 также можно изготавливать из квадратных рамок[3].

Из зигзагообразных полосок бумаги можно изготовить тетратетрафлексагон и другие тетрафлексагоны с числом плоскостей, кратным 4[21].

Кольцевые флексагоны

Кольцевой флексагон — флексагон, поверхность которого представляет собой «кольцо» из многоугольников. Для наименования кольцевых флексагонов может быть использована приставка «цирко», например, пентациркодекафлексагон — кольцевой флексагон с пятью плоскостями, состоящими из десяти многоугольников (пятиугольников) каждая[22]; тригемициркогексафлексагон — флексагон с тремя поверхностями, каждая из которых представляет собой кольцо (цирко) из половинок (геми) правильных шестиугольников (гекса)[14].

Путь Таккермана

Диаграмма пути Таккермана для гексагексафлексагона

Простой способ обнаружить все поверхности гексафлексагона — обход Таккермана — заключается в том, чтобы держать флексагон за один угол и раскрывать модель до тех пор, пока она не перестанет раскрываться, затем повернуть флексагон на 60° по часовой стрелке, взяться за соседний угол и повторить то же самое[19][17].

При обходе Таккермана плоскости гексагексафлексагона будут раскрываться в порядке: 1,2,5,1,2,3,4,2,3,1,6,3 (или в обратном порядке), после чего последовательность повторится. Эту последовательность называют путём Таккермана[19][17].

Методы складывания («флексы»)

Гексафлексагоны

Описанный выше метод складывания гексафлексагона, используемый для обхода всех плоскостей (пути Таккермана), носит название pinch flex[20]. Существуют следующие методы складывания гексафлексагонов:

  • pinch flex[20] (выполним на гексафлексагонах с тремя и более плоскостями)
  • v-flex[23][24] (выполним на гексафлексагонах с четырьмя и более плоскостями)
  • tuck flex[25], «лодочка-гексаэдр»[19] (выполним на гексафлексагонах с четырьмя плоскостями и более)

и др.[26]

Аномалии

Плоскость флексагона (совокупность секторов), на которой присутствуют разные цифры, называется аномальной плоскостью, а флексагон с видимой аномальной плоскостью (в аномальном положении) — аномальным флексагоном[19][17][27]. Появление аномальных плоскостей возможно на флексагонах достаточно высокого порядка, например, на гексагексафлексагоне[19], додекагексафлексагоне[27]. Простейшим гексафлексагоном, допускающим появление аномалий, является тетрагексафлексагон[22]. Для достижения аномальных плоскостей используются методы складывания, отличные от «стандартного» pinch flex[19].

См. также

Эта страница в последний раз была отредактирована 24 декабря 2020 в 08:37.

  • Цветкова Ольга Юрьевна, учитель математики

Разделы: Математика, Конкурс «Презентация к уроку»

Класс: 5

Презентация к уроку

image image image image image image image image

Загрузить презентацию (575 кБ)

Класс/возраст: 5 класс (11-12 лет).

Тип урока: развивающий

Цели и задачи:

  • развивать творческие способности;
  • развитие познавательного интереса, логического мышления, умения рассуждать, обосновывать мысли и делать выводы;
  • закрепить умение и навык построения треугольника по трем сторонам;
  • побудить интерес к изучения предмета.

Форма организации урока: индивидуальная, групповая, фронтальная. Оборудование урока:компьютер, медиа-проектор,интерактивная доска или экран, учебная доска, листы формата А3 (по количеству учащихся),цветной мел, цветные карандаши, линейка, циркуль, презентация к уроку, ножницы, бумажная модель флексагона, клей, учебник “Наглядная геометрия. 5-6классы” Ерганжиева Л.Н., Шарыгин И.Ф. Этапы урока. Организационный. Постановка цели.(2мин) Актуализация знаний.Теоретический материал.(3мин) Построение флексагона. Теоретическая и практическая части. (35мин) Итог урока.Подведения итогов и формулирования выводов. (3мин) Домашнее задание.Определение и разъяснение домашнего задания. (2мин)

I этап

Учитель приветствует учащихся. Отмечает отсутствующих. Объясняет цель и задачи внеклассного мероприятия. Учащиеся в тетради записывают число (тему запишут чуть позже).

Учитель: Здравствуйте, ребята. Сегодня у нас не обычный урок. Он посвящен математическим головоломкам, а точнее одной из них.Но вначале нам необходимо вспомнить правило построения треугольника по трем сторонам.

II этап

Учитель: Как построить правильный треугольник используя линейку и циркуль с фиксированной стороной?

Учитель под диктовку учащихся выполняет построение равностороннего треугольника на доске.

III этап

1.Учитель предлагает посмотреть презентацию о математической головоломке.

Учитель: Давайте познакомимся с историей появления нашей головоломки.

Текст на слайдах зачитывают учащиеся.

2.Учитель: Ребята, запишите в тетрадях тему урока “Математические головоломки. Флексагон.”. В конце урока вы сможете ответить на вопрос: “Что же интересного кроется в этой головоломке?” Откройте учебник на стр. 29. Прочитайте, пожалуйста, описание построения.

— После прочтения учащимися материала учитель еще раз обговаривает с ними план построения.

— Учащиеся по плану начинают построение на листах формата А3, а учитель на доске.

— После выполнения построения, учитель помогает отставшим учащимся.

Учащиеся показывают свои флексагоны. Учитель поводит итог занятия.

Учитель:

— Подведем итоги нашего урока.Как называется наша математическая головоломка?

— Какие навыкипомогли нам смастерить эту игрушку? Где возникли затруднения?

— Что же интересного кроется в этой головоломке?

— Вы сегодня у меня молодцы! В седьмом классе мы с вами сделаем более сложную головоломкугексафлексагон.

— Спасибо всем за урок!

V этап

Учитель: Домашнее задание сделать флексагон в подарок другу.

2.12.2012

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий