今天小编跟朋友一起去公园溜达,恰好发现公园里面铺着正六边形的地砖,类似这样排布:

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(1)

刚好最近小编在陪着朋友装修房子,于是小编问朋友,你都见过什么样子的地砖瓷砖呢?

朋友说,最常见的肯定是正方形的地砖了,像这样:

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(2)

当然也有正六边形的瓷砖,类似这样:

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(3)

而且也见过正三角形的瓷砖,比如下列这个电视墙的结构:

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(4)

好,那么下面问题来了。

到底什么样子的正多边形才能完整的铺成一个平面而没有空隙呢?

其实这个问题很简单,我们可以想象,要想让这些形状的瓷砖对齐平铺,那么首先要肯定的每个多边形的一个角拼到一起刚好没有缝隙。

那么就意味着这些角要刚好组成一个360°,也就是圆心角之和为360°。

我们先来了解一下圆心角的定义:

圆心角

顶点在圆心的角叫做圆心角,如图,∠AOB的顶点O是圆O的圆心,OA、OB交圆O于A、B两点,则∠AOB是圆心角。

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(5)

那么一个圆的圆心角之和就是360°,这样才能保证没有缝隙。

然后我们就要考虑哪些正多边形符合这个规律

多边形内角和

首先我们知道多边形的内角和公式为 (n-2)* 180° 。

那么这个多边形内角和定理是怎么证明出来的呢?

我们可以看下面三种证明方法:

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(6)

图1:从一个多边形的一个顶点开始,向其他顶点链接形成三角形,由于相邻两个顶点不能构成三角形,故一共可以形成(n-2)个三角形,又因为三角形的内角和为180°,因此多边形内角和为(n-2)*180°

图2:从多边形的中心向每个顶点链接形成n个三角形,则这些三角形总内角和为N*180°,又因为中间的所有角构成一个平面360°,所以多边形内角和为N*180-360=(n-2)*180

图2:从一个边向各个顶点连线,可构成n-1个三角形,那么这些三角形的内角和为(n-1)*180,又因为CFD多算了一个平角,故多边形内角和为(n-1*180-180=(n-2)*180

正多边形每个角角度

由上面我们知道正多边形的内角和为(N-2)*180°。

因此正多边形的每个角的角度为 (N-2)/N * 180°。

我们将常用的正多边形的N代入数值,可以知道正三角形每个角60度,正方形90度,正五边形108度,正六边形120度等等。

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(7)

符合的正多边形

因此我们可以知道,只有圆心角之和360°能够整除的正多边形才能平铺成瓷砖且没有空隙。

便可以推出公式:360/[(N-2)/N * 180°]=2n/(n-2)

那么当这个2n/(n-2)为整数时才可以。

所以常见的三角形、正方形、正六边形可以拼成瓷砖图案。

正五边形、七边形、八边形、九边形、十边形均不行。

我们将2n/(n-2)公式变形,可知2n/(n-2)=2 4/(n-2)

我们发现,这个N只能取3、4、6,剩余的都不可以

这也就是为什么只有正三角形,正方形和正六边形瓷砖才能平铺的原因啦!

蜂巢之谜

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(8)

那么大家知道为什么蜂巢是正六边形组成的了么?

当然蜂巢之所以是六边形不光是构成平铺的一个原因,还有各个方面,比如重量、刚性、稳定性、隔热性等等。

这也正是神奇的动物世界带给人类的思考,从而帮助人们设计出更多结构的工程。

正多边形瓷砖怎么铺(为什么瓷砖可用三角形)(9)

比如我们最强大脑里面出现的蜂巢迷宫等等。

那么今天的节目就到这里啦。

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