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五年级上册 · 综合与实践 · 有趣的密铺

有趣的密铺

为什么长方形、正六边形的地砖能铺得严丝合缝,而正五边形或圆形的地砖单靠自己却一定会留下空隙?

在蜂巢、厨房瓷砖、人行道地砖中,图形之间既没有重叠、也没有空隙地铺满整个平面的现象,叫做密铺。如果只用同一种形状的瓷砖来铺地,下面哪一种图形不能单独密铺?

A. 圆 B. 正方形 C. 正六边形

对!圆是弯曲的,几个圆挨在一起,中间总会留出三角形一样的曲边缝隙,不能单独密铺。那么多边形能不能密铺,到底由什么决定呢?先检查每个拼接点周围的角,再看图形能否重复铺开!

1. 顶点拼角实验台:能不能凑够一圈 360°?

要在平面上一个顶点周围“既不留空隙、也不重叠”,围在这一点周围的几个内角合起来必须正好是一个周角(360°)。点下面的图形试一试:

自己试试

正五边形的每个内角都是 108°。为什么只用正五边形不能密铺?

C。108° × 3 = 324°(留出 36° 缺口),108° × 4 = 432°(重叠了),360 ÷ 108 除不尽,所以正五边形不能单独密铺。

2. 任意三角形、任意四边形都能密铺吗?

不光是正三角形和正方形!任意一个四边形(平行四边形、梯形、一般四边形)的内角和都是 360°。将四边形绕一条边的中点旋转 180°,两块拼成一个中心对称的六边形(某些情况退化成四边形),它的对边分别平行且相等;将它沿对边重复平移,就能无缝铺开。拼接处的四个角之和也正好是 360°。

同样,任意一个三角形的内角和是 180°,把两个相同三角形沿一条边拼成平行四边形,再沿两组边的方向不断平移,就能无缝铺开。

创意密铺设计:把正方形或平行四边形的一条边剪下一块,平移到对面那条边上;对于正方形,也可以把靠近顶点的一块绕这个顶点旋转 90° 补到相邻边上(就像荷兰艺术家埃舍尔的飞鸟与游鱼图案),面积不变、凹凸互补,得到的创意图形也能密铺!

自己试试

正三角形(等边三角形)的每个内角都是 60°。用正三角形密铺时,每个顶点周围有几个正三角形的角拼在一起?

360 ÷ 60 = 6(个)。6 个 60° 角在顶点处正好凑满 360°。

1. 密铺:图形之间既没有空隙、也没有重叠地铺满平面。拼接点周围的角合成 360° 是必要条件,还要看图形能否重复铺开。
2. 两个相同三角形可以拼成平行四边形;两个相同四边形绕边中点旋转后可以拼成中心对称图形,再重复平移铺开。正六边形也能密铺;圆和正五边形不能单独密铺。

两个容易错的地方

✗ 以为只有特殊的四边形才能密铺觉得一般的不规则四边形歪歪扭扭,肯定铺不平。
✓ 任意四边形内角和都是 360°先将两个相同四边形绕边的中点旋转拼成对边平行且相等的图形,再重复平移铺开。
✗ 以为所有正多边形都能密铺觉得正五边形、正八边形很整齐,单靠一种也能密铺。
✓ 正多边形里只有正三、正四、正六能单独密铺正五边形内角 108°、正八边形内角 135°,都不能整除 360°,必须搭配别的图形才能密铺。

直接用

1. 下面关于“密铺”的说法,哪一句是正确的?

正方形拼接示例

B。“无空隙、不重叠”是密铺的两个必备条件。

2. 正六边形的每个内角都是 120°。用正六边形密铺(如蜂巢图案)时,每个顶点周围有几个正六边形拼在一起?

120°其余位置待拼

360 ÷ 120 = 3(个)。

3. 用完全相同的任意梯形按上面的方法密铺时,在四个不同角相聚的顶点周围有 4 个角(∠1、∠2、∠3、∠4),这 4 个角拼在一起正好是多少度?

∠1∠2∠3∠4

正好是 360 度(既等于梯形的内角和 360°,也正好围满顶点一圈)。

容易错

4. 把 3 个正五边形(每个内角 108°)的顶点拼在一起,3 个角一共是 108° × 3 = 324°。它们之间还会留出一个多少度的空隙?

108°108°108°3 个已知角,尚未拼在一起

360 − 324 = 36(度)。正因为留了 36° 的缺口,再放第 4 个又会重叠,所以正五边形不能单独密铺。

5. 下面四组图形中,哪一种不能只用这一种图形单独密铺?

ABC

C。正八边形每个内角是 135°,135° × 2 = 270°(还差 90°),135° × 3 = 405°(超出 360°),不能单独密铺。但如果在正八边形留出的 90° 空隙里嵌进一个小正方形,两种图形合起来就能密铺了!

想一想

6. 如图,正方形左上角是 A,左边取一点 B,上边取一点 D,使 AB = AD;在正方形内部取一点 C,使 △ABC 完全位于正方形内,且绕 A 逆时针旋转 90° 后落在正方形外。沿 AC、CB 剪下 △ABC,再绕 A 逆时针旋转 90° 补到上边。关于得到的新图形,下面哪种说法是对的?

AB CD 旋转 90°

A。图形在平移、旋转中面积不变,而且左边凹进去的缺口正好和上面凸出来的尖角一模一样,拼在一起严丝合缝。

7. 用正六边形(每个内角 120°)和正三角形(每个内角 60°)两种瓷砖组合密铺。如果在一个顶点处已经拼了 2 个正六边形的角,还需要放几个正三角形的角才能正好凑满 360°?

120°120°60°已放两个;右侧为待用角的样例

2 个正六边形的角是 120° × 2 = 240°,还差 360° − 240° = 120°,120 ÷ 60 = 2(个)正三角形。