Вступительное слово учителя:

Небольшая историческая справка: Задачами на разрезание увлекались многие ученые с древнейших времен. Решения многих простых задач на разрезание были найдены еще древними греками, китайцами, но первый систематический трактат на эту тему принадлежит перу Абуль-Вефа. Геометры всерьез занялись решением задач на разрезание фигур на наименьшее число частей и последующее построение другой фигуры в начале 20 века. Одним из основателей этого раздела был знаменитый основатель головоломок Генри Э.Дьюдени.

В наши дни любители головоломок увлекаются решением задач на разрезание прежде потому, что универсального метода решения таких задач не существует, и каждый, кто берется их решать, может в полной мере проявить свою смекалку, интуицию и способность к творческому мышлению. (На занятии мы будем указывать лишь один из возможных примеров разрезания. Можно допустить, что у учащихся может получиться какая-то другая верная комбинация -- не надо этого бояться).

Данное занятие предполагается провести в виде практического занятия. Разбить участников кружка на группы по 2-3 человека. Каждой из групп предоставить заранее подготовленные учителем фигуры. Учащиеся располагают линейкой (с делениями), карандашом, ножницами. Разрешается производить с помощью ножниц лишь прямолинейные разрезы. Разрезав какую-нибудь фигуру на части, необходимо составить другую фигуру из тех же частей.

Задачи на разрезание:

1). Попробуйте разрезать изображенную на рисунке фигуру на 3 равные по форме части:

Подсказка: Маленькие фигуры очень похожи на букву Т.

2). Разрежьте теперь эту фигуру на 4 равные по форме части:

Подсказка: Легко догадаться, что маленькие фигурки будут состоять из 3 клеточек, а фигур из трех клеточек не так много. Их всего два вида: уголок и прямоугольник.

3). Разделите фигуру на две одинаковые части, и из полученных частей сложите шахматную доску.

Подсказка: Предложить начать выполнять задание со второй части, как бы получить шахматную доску. Вспомнить, какую форму имеет шахматная доска (квадрат). Посчитать имеющееся количество клеточек в длину, в ширину. (Напомнить, что клеток должно быть 8).

4). Попробуйте тремя движениями ножа разрезать сыр на восемь равных кусков.

Подсказка: попробовать разрезать сыр вдоль.

Задачи для самостоятельного решения:

1). Вырежьте квадрат из бумаги и выполните следующее:

· разрежьте на такие 4 части, из которых можно составить два равных меньших квадрата.

· разрежьте на пять частей - четыре равнобедренных треугольника и один квадрат - и сложите их так, чтобы получилось три квадрата.

29 апреля 2013 в 16:34

Разрезание на две равные части, часть первая

• Математика

Задачи на разрезание - это та область математики, где, как говорится, мамонт не валялся. Множество отдельных проблем, но по сути нет общей теории. Помимо всем известной теоремы Бойяи-Гервина , других фундаментальных результатов в этой области практически нет. Неопределённость - вечный спутник задач на разрезание. Мы можем, например, разрезать правильный пятиугольник на шесть частей, из которых можно сложить квадрат; однако мы не можем доказать, что пяти частей для этого было бы недостаточно.

С помощью хитрой эвристики, воображения и поллитры нам порой удаётся найти конкретное решение, но, как правило, мы не обладаем подходящим инструментарием, чтобы доказать минимальность этого решения или же его несуществование (последнее, разумеется, относится к случаю, когда мы решение не нашли). Это печально и несправедливо. И как-то раз я взял чистую тетрадку и решил восстановить справедливость в масштабах одной конкретной задачи: разрезания плоской фигуры на две равных (конгруэнтных) части. В рамках этого цикла статей (их, кстати, будет три) мы с вами, камрады, рассмотрим вот этот забавный многоугольник, изображённый ниже, и попытаемся беспристрастно разобраться, можно ли разрезать его на две равных фигуры, или же таки нет.

Введение

Для начала освежим школьный курс геометрии и вспомним, что такое равные фигуры. Яндекс услужливо подсказывает:

Две фигуры на плоскости называются равными, если существует движение, взаимно однозначно переводящее одну фигуру в другую.

Теперь расспросим Википедию про движения. Она расскажет нам, во-первых, что движение - это преобразование плоскости, которое сохраняет расстояния между точками. Во-вторых, там даже приведена классификация движений на плоскости. Все они относятся к одному из следующих трёх типов:

• Скользящая симметрия (сюда я удобства ради и пользы для включаю зеркальная симметрию , как вырожденный случай, где параллельный перенос производится на нулевой вектор)

Введём некоторые обозначения. Разрезаемую фигуру мы будем называть фигурой A, а две гипотетеческих равных фигуры, на которые мы будто бы можем её разрезать, обзовём B и C соответственно. Часть плоскости, не занятую фигурой A, мы назовём областью D. В тех случаях, когда в качестве разрезаемой фигуры рассматривается конкретный многоугольник с картинки, мы будем называть его A 0 .

Так вот, если фигуру A можно разрезать на две равных части B и C, то существует движение, переводящее B в C. Это движение может быть либо параллельным переносом, либо поворотом, либо скользящей симметрией (начиная с этого момента, я больше не оговариваю, что зеркальная симметрия также считается скользящей). На этом нехитром и, я бы даже сказал, очевидном, базисе и будет строиться наше решение. В этой части мы рассмотрим самый простой случай - параллельный перенос. Поворот и скользящая симметрия попадут во вторую и третью часть соответственно.

Случай 1: параллельный перенос

Параллельный перенос задаётся единственным параметром - вектором, на который происходит сдвиг. Введём ещё несколько терминов. Прямую, параллельную вектору сдвига и содержащую хотя бы одну точку фигуры A, будем называть секущей . Пересечение секущей прямой и фигуры A будем называть сечением . Секущую, относительно которой фигура A (за вычетом сечения) целиком лежит в одной полуплоскости, будем называть границей .

Лемма 1. Сечение границей должно содержать более одной точки.

Доказательство: очевидно. Ну или более развёрнуто: докажем от противного. Если эта точка принадлежит фигуре B, то её образ (т.е. точка, в которую она перейдёт при параллельном переносе) принадлежит фигуре C => образ принадлежит фигуре A => образ принадлежит сечению. Противоречие. Если эта точка принадлежит фигуре C, то её прообраз (точка, которая при параллельном переносе перейдёт в неё) принадлежит фигуре B, и далее аналогично. Получается, в сечении должно быть хотя бы две точки.

Руководствуясь этой нехитрой леммой, нетрудно понять, что искомый параллельный перенос может происходить лишь вдоль вертикальной оси (в текущей ориентации картинки) Если бы он был в любом другом направлении, хотя бы одно из граничных сечений состояло бы из единственной точки. Это можно понять, мысленно повращав вектор сдвига и посмотрев, что при этом происходит с границами. Чтобы исключить случай вертикального параллельного переноса, нам понадобится более хитрый инструмент.

Лемма 2. Прообраз точки, находящейся на границе фигуры C, находится либо на границе фигур B и C, либо на границе фигуры B и области D.

Доказательство: неочевидно, но сейчас мы это исправим. Напомню, граничной точкой фигуры называется такая точка, что сколь угодно близко от неё найдутся как точки, принадлежащие фигуре, так и точки, не принадлежащие ей. Соответственно, вблизи граничной точки (назовём её O") фигуры C найдутся как точки фигуры C, так и другие точки, принадлежащие либо фигуре B, либо области D. Прообразами точек фигуры C могут быть только точки фигуры B. Следовательно, сколь угодно близко к прообразу точки O" (будет логично назвать его точкой O) найдутся точки фигуры B. Прообразами точек фигуры B могут быть любые точки, не принадлежащие B (то есть либо точки фигуры С, либо точки области D). Аналогично для точек области D. Следовательно, сколь угодно близко к точке O найдутся либо точки фигуры C (и тогда точка O будет на границе B и C), либо точки области D (и тогда прообраз на границе B и D). Если вы сумеете продраться через все эти буквы, то согласитесь, что лемма доказана.

Теорема 1. Если сечение фигуры A представляет собой отрезок, то его длина кратна длине вектора сдвига.

Доказательство: рассмотрим «дальний» конец этого отрезка (т.е. тот конец, прообраз которого также принадлежит отрезку). Этот конец, очевидно, принадлежит фигуре C и является её граничной точкой. Следовательно, его прообраз (кстати говоря, также лежащий на отрезке и отстоящий от образа на длину вектора сдвига) будет либо на границе B и C, либо на границе B и D. Если он на границе B и C, то возьмём также и его прообраз. Будем повторять эту операцию, пока очередной прообраз не перестанет быть на границе C и не окажется на границе D - а это произойдёт как раз на другом конце сечения. В результате мы получим цепочку прообразов, которые разбивают сечение на некоторое количество маленьких отрезочков, длина каждого из которых равняется длине вектора сдвига. Следовательно, длина сечения кратна длине вектора сдвига, ч.т.д.

Следствие из теоремы 1. Любые два сечения, являющиеся отрезками, должны быть соизмеримы.

Используя это следствие, нетрудно показать, что вертикальный параллельный перенос тоже отпадает.

Действительно, сечение раз имеет длину три клетки, а сечение два - три минус корень из двух пополам. Очевидно, эти величины несоизмеримы.

Вывод

Если фигуру A 0 и можно разрезать на две равные фигуры B и C, то B не переводится в C параллельным переносом. Продолжение следует.

Разбиение на клетчатой бумаге.

Это фактически упрощенный вариант игры Катамино, требующий только клетчатой бумаги и карандаша. Такие задачи часто встречаются в учебных пособиях и заданиях олимпиад для младших школьников. Нужно разделить нарисованную по клеточкам фигуру на заданное количество одинаковых частей.

Эти задачи годятся для очень широкого возрастного диапазона, начиная лет с трех-четырех. Но не стоит ими злоупотреблять - они в конце концов надоедают. Скорее всего, стоит остановиться на сложности 4-5 частей по 4-5 клеток в каждой.

Уровень 1.

Рис. 1: Разделить по линиям сетки (по клеточкам) на 2 равные части.

Рис. 2: Разделить по линиям сетки на 3 равные части.

Вашим детям может потребоваться больше простых задач. Их очень легко составлять: нужно просто идти "от ответа" , т.е. взять клетчатую бумагу, выбрать форму фигурки ("части") из нескольких клеточек и нарисовать несколько таких фигурок рядом, "слепив" их между собой. (Хорошо бы при этом не путать фигурки с их зеркальными отражениями.) Не беда, если окажется, что задачка имеет два или более решения -значит, нужно найти хотя бы одно (или все). Контур получившегося у Вас "монстра" перерисуйте на чистый лист клетчатой бумаги - задача готова.

Уровень 2.

Рис. 3: Разделить по клеточкам на 2 равные части так, чтобы в каждой из них был один
красный квадрат. (Дополнительное условие - красный квадрат - запрещает "лишние"
решения.)

Рис. 4: Разделить по линиям сетки на 3 равные части.

Рис. 5: Разделить по линиям сетки на 4 равные части.

Уровень 3.

Рис. 6: Разделить на 4 равные части.

«Площади фигур геометрия» - в). чему будет равна площадь фигуры составленной из фигур А и Г. Теорема Пифагора. Площади различных фигур. Фигуры равной площади. Равные фигуры имеют равные площади. Фигуры разбиты на квадраты со стороной 1см. Прямоугольные треуг. Фигуры имеющие равные площади называются равновеликими. Решите ребус.

«Толстой Два брата» - Я готов к работе. Главная мысль сказки. А теперь ходьба на месте, Левой – правой, стой раз – два. " Два брата". Я хочу учиться. Мы за парты сядем, вместе Вновь возьмёмся за дела. Внимание моё растёт. Познакомимся с творчеством Л.Н. Толстого и произведением « Два брата». Пропадем ни за что- пропадем напрасно Останемся ни при чем -останемся ни с чем.

«Два капитана Каверин» - Саня живет в Энске с родителями и сестрой Сашей. Романы «Открытая книга» и «Два капитана» были неоднократно экранизированы. Фока» под командованием Георгия Седова, на шхуне «Св. В.А. Каверин. Экспедиция не вернулась. Первый рассказ «Хроника города Лейпцига. Николай Антонович, двоюродный дядя Кати оказывается неблагодарным.

«Фигура человека» - Слово пропорция в переводе с латыни обозначает, «соотношение», «соразмерность». Главное Тело(живот, грудь) Не обращали внимания Голова, лицо, руки. Эпоха возрождения. Пропорции. Художники и архитекторы XX века. 5. Примеры разных движений. Древний Египет. Скелет играет роль каркаса в строении фигуры.

«Подобие фигур» - Животные. Использовались материалы Интернета. Подобие в нашей жизни. Геометрия. Если изменить (увеличить или уменьшить) все размеры плоской фигуры в одно и то же число раз (отношение подобия), то старая и новая фигуры называются подобными. Подобные треугольники. Растения. Подобие нас окружает. Подобие плоских фигур.

«Интерференция двух волн» - Интерференция. Волны от разных источников не являются когерентными. Бритва удерживается на воде поверхностным натяжением нефтяной пленки. Интерференция -. Разность хода волн зависит от толщины пленки. Интерференция механических волн звука. Назовите оптическое явление. Причина? Свету различных цветов соответствует разные интервалы длин волн.