正六邊形是完美的平面圖形——平面密鋪問題引發(fā)的思考
結(jié)論如標(biāo)題所示:正六邊形是完美的平面圖形

事情的起因
我無意中的一個靈感:我看到正六邊形,我覺得很有意思,我想到了蜜蜂蜂巢,是個典型的正六邊形密鋪。索性我就想從密鋪的方式入手,來看看正六邊形為何會被密封選作筑巢圖形,為什么不是選正方形或者正三角?


思考過程

①方案設(shè)計
控制變量是最重要的一步,我要如何才能做到除了形狀以外的變量都一致呢,這里我選用了單位圓限制的思路。
想法是我面對的是一個平面面積問題,那么最好控制的方法就是在單位圓里面放一個最大的正多邊形。

好,接下來就是對圖形的密鋪了,要怎樣去定義密鋪呢?
我給出的解釋是:以單位圓內(nèi)的正多邊形為中心,周圍密鋪的圖形要讓單位圓內(nèi)正多邊形的所有端點和邊都不能與外界接觸。以下圖為例


如圖,端點BHJ都與外界沒有有接觸,能算我定義的密鋪
完成密鋪之后,我會從兩個維度來考慮這個正多邊形對密鋪的適度:
完成密鋪需要的此正多邊形的個數(shù)
密鋪后空白面積的大小
②開始實驗
正三邊形:密鋪個數(shù)為13個,空白面積為0

正四邊形:密鋪個數(shù)為9個,空白面積為0

正五邊形:密鋪個數(shù)為16,空白面積為4.06

正六邊形:密鋪個數(shù)為7個,空白面積為0

正七邊形:密鋪個數(shù)為21個,空白面積為17.92
2.267133365921643+15.654112388883767

正七邊形:密鋪個數(shù)為15個,空白面積為9.93
2.267133365921643+7.663694541856486

正七邊形不對稱型密鋪
正八邊形:密鋪個數(shù)為9個,空白面積為2.34
2.3431457504

正九邊形:密鋪個數(shù)為17個,空白面12.13
4.816531531624669+2*1.960264283333409+3.39154762454108

正九邊形:密鋪個數(shù)為12個,空白面積為5.60
左1.960264283334+右上1.6776351421619+右下1.9602642833334

正九邊形:密鋪個數(shù)為16個,空白面積為9.1
上2+左2+右1.7+下3.4

正十邊形:密鋪個數(shù)為13個,空白面積為5.64
2*2.820413399444538

③階段性總結(jié),思考
如果正多邊形保持這樣的邊數(shù)增長趨勢,那么最后會變成什么樣子呢?
對,會變成原來那個限制其的單位圓,那么接下來我們看看圓的密鋪:
正n邊形:密鋪個數(shù)為9個,空白面積為4*(4-π)3.43
,n
N

正n邊形:密鋪個數(shù)為7個,空白面積為0.97
,n
N

顯然,密鋪2是更好的密鋪方式,因此對于圓我們選用密鋪2
④觀察,思考
隨著正多邊形變數(shù)的增加,我們可以將會看見如上圖正n邊形密鋪2所示,然后我們回顧一下從正三變形到正十邊形的密鋪過程,我們會有一個發(fā)現(xiàn):

竟能...如此相像!
⑤思考,總結(jié)
正六邊形在平面密鋪問題上,是最契合圓的正多邊形,無論是從密鋪個數(shù)還是空間利用率上,正六邊形都是完美的圖形。因此得出結(jié)論:
正六邊形是完美的平面圖形

其實若仔細(xì)觀察蜂巢,這個結(jié)論不難得出,真正的蜂巢并不是完完全全的正六邊形,有點介于正六邊形和圓之間,這是因為蜂巢的邊也占了一定的面積,邊厚度太大了。

正六邊形在設(shè)計領(lǐng)域的貢獻:
拋開數(shù)學(xué)層面上的東西,我們仔細(xì)想想,生活中正六邊形對于一些設(shè)計,美學(xué)上的作用也不小
接下來我會用許多實圖配合講解,當(dāng)然這只是我想到的看到的
設(shè)計上,正六邊形強調(diào)一個科技感




在游戲方面,六邊形經(jīng)常作為類戰(zhàn)旗的一種基本行動單位


由此可見,并不是只有數(shù)學(xué),生活中也處處是六邊形,只要你細(xì)心觀察,相信你也可以發(fā)現(xiàn)

今天是中秋節(jié),祝大家中秋節(jié)快樂!
同時今天也是教師節(jié),我寫此文的目的之一,也是想將其獻給我的老師。她是一位高中數(shù)學(xué)老師,在我人生中比較關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點處,給予了我很大的幫助,我很感激她。希望這篇跟數(shù)學(xué)有關(guān)的小作文能獲得她的認(rèn)可~大家要是也有自己想感恩的老師,趕快行動起來吧!