失蹤的正方形
此條目沒有列出任何參考或來源。 (2015年3月10日) |
失蹤的正方形謎題是一種數學上的視錯覺,有助於學生對幾何圖形的思考。它描述兩種面積板塊形狀組合,每個不同顏色多邊形部分,看似都構成一個原底方格所繪的13X5直角三角形之一部分,不同的差異是重新組合排列後,其中一個裏頭相差了似乎1個1x1的孔。
解釋
根據美國業餘數學大師馬丁·加德納指出,本謎題是在1953年是由紐約市業餘魔術師保羅·嘉理(Paul Curry)發明的。不過裁切悖論的原理自從1860年代就已為數學家所知了。
這謎題的關鍵是兩個分割三角形,看似「13x5的直角三角形」的兩部分,但實際上只是因為誤差小到令視覺看起來並無差異,這組出來的「13x5的直角三角形」,其實是凹斜邊三角形與凸斜邊三角形,目測不容易察覺到紅色和藍色三角形斜邊的斜率有差別(其構成的夾角約為178°45′,接近卻不是平角)。 因此誤以為兩個組合成的圖形,皆是外圍大直角三角形,所取斜邊分割的兩部分。
四個圖形(黃色、紅色、藍色和綠色圖形)總共佔32個單位面積,但是外面總「三角形」是寬13高5,合計32.5單位。藍色三角形長寬比為5:2,紅色三角則是8:3,並不是同一個長寬比。因此在每個圖中外觀上加成後的「斜邊」實際上縮短了。
總共縮短的長度大約是一單位的28分之一,這在此謎題示例圖上很難以看出。注意在藍色紅色斜邊交界處的網格點,如果將它與另一張圖的對應交界點比較,邊緣稍稍溢出或者低於格點。來自兩張圖重疊後溢出的斜邊導致一個非常細微的平行四邊形,佔據了剛好一格大小的面積,恰恰是第二張圖「消失」的區域。
變種
本謎題另類且較簡單的版本(在動畫裏顯示)使用四個相等的四邊形以及一個小正方形,則組成一個較大的正方形。當四邊形繞着其中心旋轉,中間的小正方形將被填滿,即使該圖的總面積看起來沒有變動。這外表上的悖論可由新形成的方形四邊較原來的小了一點。如果 代表大正方形的四邊和,且 是每個四邊形相對邊間的夾角,那兩個旋轉前旋轉後方塊面積間相除的商結果是 。對於 ,結果大約是1.00765,故對應的差異大約0.8%。
外部連結
- (英文)嘉理的悖論:這怎麼可能?(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) 於Cut-the-Knot
- (英文)三角形與悖論(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) 於 archimedes-lab.org
- (英文)三角問題或者平淡無奇的現實不對勁之處
- (英文)拼圖悖論(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)