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S2I1 GGB错觉:挤出一块小空间

2020-07-13 06:41 作者:学用数学  | 我要投稿

在一些证明勾股定理的面积证明中,我们常用图形的平移来证明。这次将旋转与平移变换套用在这个错觉图形上。将四块有一组对角为直角的图形重新拼贴,就可产生内部多出一块的错觉。其实也可类比到生活中,原本紧密的排程,挤一下还是可挤出时间空间的。

 

学习指引

在开始作先前,鼓励大家思考,这个效果如何作拆解。这是重要的一步。学会拆解后。

首先,要意识到图形是被两个相互垂直的线分成四部分。其次,这四部分的变换是同时作平移与旋转。

P.S. 若对图形的移动与旋转还不熟悉,建议先参考学习以下视频。

https://www.bilibili.com/video/BV1X4411j7EJ


任务一:建立分割的四边形

【目的】这节主要建一个四边形,中间被两个垂直的直线分割为 4 部分。

【說明】先建四边形,其边长 s 。再利用中心点  O,来建立正方形的四个点 A,B,C,D 。

【操作】

s = 滑动条(0.5, 2 ,0.1)

O = (0,0)

#利用 A = O +(-s,-s) ,让 A 可随着 O 移动

A = O+(-s,-s) 

B =O+(s,-s)

C= O + (s,s)

D = O + (-s,s) 

【说明】建滑动条 theta 控制两个垂直线 lh, lv 的方向,再取得两个直线取与四边的交点。

【操作】

# 取得直线与四边交点

theta = 滑动条(-0.5,0.5,0.1,1,100)

lh = 直线(O, theta) 

lv=直线(O,theta+pi/2)

# 取得直线与四边交点

E = 交点(线段(A,B),lv)

F = 交点(线段(B,C),lh)

G = 交点(线段(C,D),lv)

H= 交点(线段(D,A),lh)

# 連接四塊四邊形:

pA = 多边形(A,E,O,H)

pB = 多边形(B,F,O,E)

pC = 多边形(C,G,O,F)

pD = 多边形(D,G,O,H) 


任务二:让四边形边动边转

【目的】在两个绘图区显示移动与旋转前后的两个结果。


【说明】整个图形的移动有两个操作,一是移动,二是转动。首先在移动的部分,是将 O 点往 「向量(O,A)」 方向移动,而移动的大是  sec(theta) 倍(这是最需要去思考的分),也因为这个以 sec(theta) 的放大平移,才让新正方形的面积变大。接下,再用 rotate 来旋转平后的四边形,此时的旋转中是平后的 O 点,旋转角度 (pi-theta) 。才能使后的边与本底边平行。这个指令可以复合为一步

【操作】

t = 滑动条(0,1,0.05,1,100)

tA = 旋转(平移(pA, t sec(theta)*向量(O,A)),t*(pi-theta),平移(O, t sec(theta)*向量(O,A)))

tB = 旋转(平移(pB, t sec(theta)*向量(O,B)),t*(pi-theta),平移(O, t sec(theta)*向量(O,B)))

tC = 旋转(平移(pC, t sec(theta)*向量(O,C)),t*(pi-theta),平移(O, t sec(theta)*向量(O,C)))

tB = 旋转(平移(pB, t sec(theta)*向量(O,B)),t*(pi-theta),平移(O, t sec(theta)*向量(O,B)))


思考与讨论

为何拼贴后中间会多一块,这大小与直线的倾斜角 theta 的关系为何?


即时挑战

欢迎加微信 Acchu0331 入群打卡学习,每次任务有 20 元奖励红包。此次任务小打卡中获得最多赞可得 8元人气奖,另抽一位打卡者获得手气奖 8 。另外,还有 总额 4元的随机红包为关注奖。  本次任务的打卡期限为 2020/7/21() 23:59。请参考视频,交一份作业在小打卡内,附上作品截图或动图,并写下 32 字以上的心得,如以下格式。   

格式如下:

主题:S2I1 挤出一块小空间 

姓名:朱安强-台湾

连结: https://www.geogebra.org/m/pwyhpypv

心得: 这个错觉是小时后在科博馆看到的作品。将四个方块换个方式拼贴竟然多了一小块,一开始也是花了些时间分析四个方块的移动方式,最后想到关键是 sec theta 时,又赞叹数学符号工具之美。这个操作上不难,最关键的还是分析问题的部分。

相关链接

公众号文档:

bili文档: 

GGB连结:  https://www.geogebra.org/m/pwyhpypv

bili 教学视频:https://www.bilibili.com/video/bv1Nx411o7u8

youtube 视频:https://www.youtube.com/playlist?list=PLXH05kw-i_5Kd9kSsIx9fxMQq-eIAYSWj


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