菜单图标 主题
Search

理发师问题


HaberdashersProblem

理发师问题是指将剖分等边三角形正方形的问题的名称。Demaine等人。(2024) 总结了这个问题 history。杜德尼在他 1902 年 4 月 6 日的专栏中提出了这个问题,但没有明确表明是否已知解决方案。在他专栏的下一期(1902 年 4 月 20 日),杜德尼给出了一个五片解法,同时指出曼彻斯特的 C. W. McElroy 找到了一个四片解法。

在接下来的专栏(1902 年 5 月 4 日)中,杜德尼展示了上面图示的四片解法,但没有明确指出这种剖分是杜德尼还是 McElroy 的成果(Frederickson 1997, Frederickson 2002, Demaine等人。2024)。这个谜题和解决方案后来以“理发师谜题”的名称出现在杜德尼 (1908) 的著作中。

如上图所示标记剖分(Amplify Education)。然后三角形 DeltaABC 的顶点对应于正方形中的一个点 C=A=B。另一方面,三角形中的点 MN 各自分叉成两个独立的点,分别对应于正方形的不同顶点。在图中,AD=DCCE=EB,(因此 DE 分别平分 ACBC),AH=GB=AB/4,且 HG=AB/2。此外,由于点 MN 成为正方形的顶点,因此角 ∠HMD∠DME∠HNG∠ENG 都是直角

HaberdashersProblemLengths

正方形具有单位边长和面积,则有四个不同的边长,按从小到大排列为

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

这些边长分别对应于一条直角边长为 s_2,斜边长为 s_3等腰直角三角形;一条边长为 s_2s_4菱形;以及两个镜像四边形,它们的边长为 s_2s_1s_4s_2,包含一个直角。这种四边形可以称为“理发师四边形”。

DissectionTriangleSquare

令人惊奇的是,这种剖分不仅允许将等边三角形仅用三刀剖分为正方形,而且所得的四个部分可以铰接,以便它们可以折叠成等边三角形正方形(Gardner 1961, p. 34; Stewart 1987, p. 169; Wells 1991, pp. 61-62)。

Demaine等人。(2024) 证明了等边三角形正方形没有少于三个多边形块的公共剖分,从而确定了杜德尼的剖分是最优的。


参见

剖分

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Amplify Education. "Hinged Dissection." https://polypad.amplify.com/lesson/hinged-dissection.更新链接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 Wolfram|Alpha 中被引用

理发师问题

引用为

Weisstein, Eric W. "理发师问题。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/HaberdashersProblem.html

主题分类