2013中考數(shù)學(xué)備考:足球上的玄妙

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    暑假過后,新初三生們迎來了初中最重要的一年——初三。為方便2013年中考考生及家長(zhǎng)查詢相關(guān)信息,出國(guó)留學(xué)網(wǎng)中考頻道特別搜集匯總了中考數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)以供參考:
    ??? 足球是許多人熱愛的運(yùn)動(dòng).但似乎很少有人留意到足球面的組成.從遠(yuǎn)處看足球似乎是一個(gè)完美的球體.但事實(shí)上,傳統(tǒng)足球是由黑白兩色皮黏合、縫制成的多面體,其中黑塊皮為正五邊形,白塊皮為正六邊形.一個(gè)有趣的問題是:黑、白皮各有多少塊呢?
    觀察一下會(huì)發(fā)現(xiàn):黑塊皮周圍都是白塊皮,即每一黑色皮塊的邊皆與白色皮塊相鄰,而每一白色皮塊卻只有3條邊與黑色皮塊相接.設(shè)x為黑色皮塊的數(shù)目,而y為白色皮塊的數(shù)目.則黑白圖形相鄰邊的數(shù)目=5x=3
    y.因此足球面上的“黑白比”為:xy=3∶5.利用這個(gè)比值,只需知道較少的黑皮塊數(shù)量,就可推算出較多的白皮塊數(shù)量.我們數(shù)一數(shù),就可發(fā)現(xiàn)黑皮有12塊,由此可計(jì)算出白皮塊有20塊,而整個(gè)足球皮塊總數(shù)為32塊.
    這個(gè)問題如果不數(shù)黑皮塊也可得到解決,但要借助于歐拉于1752年給出的凸多面體的歐拉公式.這一奇妙的定理描述了簡(jiǎn)單多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)及棱數(shù)之間的關(guān)系:將多面體的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)相加再減去棱數(shù),結(jié)果總是2.亦即,設(shè)多面體的面數(shù)為F,頂點(diǎn)數(shù)為V,棱數(shù)為E,則三者之間滿足FVE=2.
    現(xiàn)在設(shè)足球的面、頂點(diǎn)、棱分別為F、VE,并設(shè)正五邊形、正六邊形分別有
    xy個(gè).
    首先易知,面數(shù)Fx+y;又因?yàn)槊績(jī)蓚€(gè)相鄰的正多邊形恰好有一條公共邊,即每條棱均為兩個(gè)面的交線,所以棱數(shù)E;此外,觀察可看到一黑兩白的相鄰三塊皮交于一個(gè)公共頂點(diǎn),換言之每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)三條邊,所以頂點(diǎn)數(shù)V
    于是,由歐拉公式FVE=2得到
    與上面已經(jīng)得到的5x=3
    y聯(lián)立,即可解得x=12,y=20.
    因此足球上的黑皮正五邊形有12個(gè),白皮正六邊形有20個(gè).有意思的是,足球表面32塊黑白相間的球皮,倒恰可象征參加世界杯決賽圈比賽的32支隊(duì)伍.
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