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折叠矩形拼图


在本期通讯中,我展示了门萨公报 11 月刊中的一道数学谜题。

假设有一个 1x4 的矩形。现在,将它折叠起来,使对角重叠,如下图所示。

1x4 矩形

矩形折叠后,形成一个不规则的五边形。五边形与纸张重叠的部分与总面积的比值是多少?换句话说,就是上图中红色区域与总面积的比值。

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回答

答案是 17/47 = 约 0.3617

解决方案

为了解释这个解,我先定义几个点,如下图所示。F 是 E 和 G 的中点。

1x4 矩形、五边形 - 解决方案

我们知道:

交流电=1

CE + AE = 4

让我们使用勾股定理来求解 AE:

1 2 + (CE) 2 = (AE) 2

用 4 – CE 代替 AE 可得:

1 2 + (CE) 2 = (4 – CE) 2

1 + (CE) 2 = 16 – 8(CE) + (CE) 2

8(CE) = 15

CE = 15/8

回到 1 2 + (CE) 2 = (AE) 2 ,由于我们知道 EC,我们可以解出 (AE):

(AE) 2 = (CE) 2 + 1 2

(AE) 2 = (15/8) 2 + 1 2

(AE) 2 = 225/64 + 64/64

(AE) 2 = 289/64

6;字体系列:'Open Sans',sans-serif;颜色:#313131!重要">AE = 17/8

折叠前,A 到 D 的长度是矩形的对角线。再次使用勾股定理,长度为 sqrt(17)。

(AF) 是该长度的一半,或 sqrt(17)/2。

知道了 AE 和 AF,我们可以再次使用勾股定理来求解 EF:

(AE) 2 = (EF) 2 + (AF) 2

(17/8) 2 = (EF) 2 + (sqrt(17)/2) 2

289/64 = (EF) 2 + 17/4

289/64 = (EF) 2 + 272/64

(EF) 2 = 17/64

EF = sqrt(17)/8

如前所述,F 是 E 和 G 的中点。因此 EG = 2*sqrt(17)/8 = sqrt(17)/4。

红色三角形,AEG = (1/2) × 底 × 高 =

= (1/2) × sqrt(17/4) × sqrt(17)/2

= (1/2) × (17/8) = 17/16

三角形 ACE 的面积 = (1/2)*底*高 =

(1/2)×1×(15/8)=15/16。

整个五边形的面积 = AEG + 2*ACE =

(17/16)+ 2*(15/16)= 47/16

因此,红色区域占整个五边形的面积=

(17/16)/(47/16)= 17/47 = 约 0.3617