Флексагон

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Гексагексафлексагон
Гексагексафлексагон

Флексагони (від англ. to flex, лат. flectere — складатися, згинатися, гнутися) — пласкі моделі зі смужок паперу, здатні складатися і згинатися певним чином. При складанні флексагона стають видні поверхні (площини), які раніше були приховані в конструкції флексагона, а ті, що були видимі, йдуть всередину.

Флексагони зазвичай мають квадратну (тетрафлексагони) або шестикутну (гексафлексагони) форму. Додаткова приставка може означати загальне число поверхонь флексагона; наприклад, додекагексафлексагон[1] — флексагон з дванадцятьма («додека») поверхнями, кожна з яких складається з шести («гекса») секторів.

Для відмінності площин флексагона на його сектори наносять цифри, букви, елементи зображення або просто фарбують в певний колір.

Історія[ред.ред. код]

Перший флексагон був відкритий в 1939 році англійським студентом Артуром Стоуном, що вивчав тоді математику в Прінстонському університеті в США. Папір формату Letter був дуже широким і не вміщувався в швидкозшивач, призначений для паперу формату A4. Стоун обрізав краї паперу і став складати з них різні фігури, одна з яких виявилася трігексафлексагоном[2][3].

Незабаром був створений «Флексагонний комітет», до якого увійшли, крім Стоуна, аспірант-математик Бріан Таккерман, аспірант-фізик Річард Фейнман і викладач математики Джон У. Тьюкі[3].

До 1940 року Фейнман і Тьюкі розробили теорію флексагонів, заклавши тим самим підстави для всіх наступних досліджень. Теорія не була опублікована повністю, хоча окремі її частини згодом були відкриті знову[3]. Напад на Перл-Харбор призупинив роботу «Флексагонного комітету», а війна незабаром розкидала всіх чотирьох його засновників у різні боки[4].

Популярність флексагони отримали після появи в грудневому номері журналу «Scientific American» за 1956 рік першої колонки Мартіна Гарднера «Mathematical Games», присвяченої гексафлексагонам[5].

Флексагони неодноразово були запатентовані у вигляді іграшок, але не отримали широкого комерційного розповсюдження[6][7].

Приклади[ред.ред. код]

Тригексафлексагон[ред.ред. код]

Гексафлексагон — це флексагон, що має форму правильного шестикутника. Кожна поверхня флексагона складається з шести трикутних секторів.

Тригексафлексагон — гексафлексагон з трьома поверхнями. Це найпростіший з усіх гексафлексагонов (не рахуючи унагексафлексагона і дуогексафлексагона). Він представляє з себе сплющену стрічку Мебіуса[2][4].

Виготовлення тригексафлексагона[ред.ред. код]

Тригексафлексагон можна згорнути зі смужки паперу, розділеної на десять рівносторонніх трикутників, наступним чином[2][8]:

  • Вирізати з паперу стрічку шириною в 4-7 см і розмітити з двох сторін згідно малюнку:
Розгортка тригексафлексагона(з двох сторін)
  • Перегнути стрічку по кожній з ліній в обидві сторони і знову розігнути.
  • Перегнути стрічку по лініях a — b і c — d так, щоб сектори з «двійками» поєдналися один з одним:
Виготовлення тригексафлексагона
  • Перегнути стрічку по лінії e — f так, щоб поєдналися останні дві «двійки».
  • Намазати клеєм сектори, помічені зірочкою, і склеїти їх:
Тригексафлексагон

Метод складання[ред.ред. код]

Схематичне зображення гексафлексагона з позначеннями кутів і центру

Складання тригексафлексагона здійснюється наступним чином[2][8][9].

Модель двома пальцями правої руки за кут D. Ліва частина моделі згинається двома пальцями лівої руки по лінії AO від себе так, щоб із зворотного боку трикутники ABO і AFO поєдналися. Утворюється «пірамідка з хвостом — клапаном».

Потім кут D поєднується ззаду з кутами B і F. У цей момент точки B, F, D знаходяться прямо за точкою O.

Після цього конструкція розкривається спочатку по лінії COE (при цьому точка O йде праворуч), а потім по лінії AO.

Цей метод складання носить назву pinch flex[10].

Для почергового перегляду всіх трьох площин тригексафлексагона досить повторювати описану послідовність дій, після кожного разу повертаючи модель на 60°.

Гексагексафлексагон[ред.ред. код]

Гексагексафлексагон — флексагон з шістьма шестикутними поверхнями[1][9][11].

 

Гексагексафлексагон можна виготовити із смужки довжиною в 19 трикутників. Виготовлення та складання флексагона показано на фотографії.

Виготовлення і розкриття гексагексафлексагона

Шлях Таккермана[ред.ред. код]

Діаграма шляху Таккермана

Простий спосіб виявити всі поверхні гексафлексагона — обхід Таккермана — полягає в тому, щоб тримати флексагон за один кут і розкривати модель до тих пір, поки вона не перестане розкриватися, потім повернути флексагон на 60° за годинниковою стрілкою, взятися за сусідній кут і повторити те ж саме[9][11].

При обході Таккермана площини гексагексафлексагону будуть розкриватися в порядку: 1,2,5,1,2,3,4,2,3,1,6,3 (або в зворотному порядку), після чого послідовність повториться. Цю послідовність називають шляхом Таккермана[9][11].

Види флексагонів[ред.ред. код]

Найменування флексагонів[ред.ред. код]

Поверхні флексагона можуть складатися з рівносторонніх або рівнобедрених трикутників, квадратів, п'ятикутників тощо. Флексагон може допускати появу певного числа поверхонь; деякі з них можуть бути аномальними (тобто включають в себе сектори з різними цифрами). Флексагон заданої форми із заданою кількістю площин може бути виготовлений з різних розгорток. Більш того, навіть одна й та ж розгортка може допускати різні варіанти згортання[4][12].

Загальноприйнятої системи найменувань для флексагонов немає. Мартін Гарднер використовував терміни «тетрафлексагон» і «гексафлексагон» для позначення флексагонов, що складаються з квадратів і трикутників відповідно, причому поверхні тетрафлексагона могли складатися з чотирьох або шести квадратів[4]. У книзі Flexagons Inside Out флексагони позначаються за формою секторів (квадратний, п'ятикутний тощо)[13][14]

У більш пізній час — і додекафлексагонамі стали називати флексагони з 8 і 12 трикутними секторами відповідно[12]. Якщо сектори поверхонь флексагона являють собою правильні або трикутник, то крім гексафлексагонів існують трикутні тетра-, пента-, гептил-, октафлексагони[14].

У журналах «Наука і життя» використовувалася в основному система префіксів IUPAC[15][16][17][18].

Гексафлексагони[ред.ред. код]

Гексафлексагон — це флексагон, що має форму правильного шестикутника. Кожна поверхня флексагона складається з шести трикутних секторів.

Існує безліч гексафлексагонов, що різняться за кількістю поверхонь. Відомі гексафлексагони з трьома, чотирма, п'ятьма, шістьма, сім'ю, дев'ятьма, дванадцятьма, п'ятнадцятьма, сорока вісьмома площинами; кількість площин обмежено лише тим, що папір має ненульову товщину[1][2][4][8][11].

Починаючи з гексагексафлексагону, кількість різних гексафлексагонів з однією і тією ж самою кількістю поверхонь стає більше 1: існує 3 гексагексафлексагони, 4 гептагексафлексагони, 12 октафлексагонів, 27 еннагексафлексагонів і 82 декагексафлексагони[4][19].

Тетрафлексагони[ред.ред. код]

Nuvola apps kaboodle.svg Зовнішні відеофайли
Флексагони
Nuvola apps kaboodle.svg 7 sided square tetraflexagon Scott Sherman

Найпростіший тетрафлексагон (флексагон з квадратними поверхнями) — тритетрафлексагон, що має три поверхні. У будь-який момент видно лише дві з трьох поверхонь.

Більш складні гексатетрафлексагон і декатетрафлексагон збираються з хрестоподібної розгортки без використання клею[15]. Тетрафлексагони з числом площин 4n + 2 також можна виготовляти з квадратних рамок[4].

З зигзагоподібних смужок паперу можна виготовити тетратетрафлексагон та інші тетрафлексагони з числом площин, яке кратно 4[20].

Кільцеві флексагони[ред.ред. код]

Кільцевій флексагон — флексагон, поверхня якого являє собою «кільце» з багатокутників. Для найменування кільцевих флексагонов може бути використаний префікс «цирко», наприклад, пентациркодекафлексагон — кільцевий флексагон з п'ятьма площинами, що складаються з десяти багатокутників (п'ятикутників) кожна[21]; тригеміциркогексафлексагон — флексагон з трьома поверхнями, кожна з яких представляє собою кільце (цирко) із половинок (гемі) правильних шестикутників (гекса)[17].

Методи складання («флекси»)[ред.ред. код]

Гексафлексагони[ред.ред. код]

Nuvola apps kaboodle.svg Зовнішні відеофайли
Флексагони
(Методи складання)
Nuvola apps kaboodle.svg 5 sided Hexaflexagon Scott Sherman Flexagons. Демонстрація «флексів» на прикладі пентагексафлексагону.

Описаний вище метод складання гексафлексагону, що використовували для обходу всіх площин (обходу Таккермана), носить назву pinch flex[10]. Існують наступні методи складання гексафлексагонов :

  • pinch flex[10] (виконується на гексафлексагонах з трьома і більше площинами)
  • v-flex[22][23] (виконується на гексафлексагонах з чотирма і більше площинами)
  • tuck flex[24], «лодочка-гексаедр»[9] (виконується на гексафлексагонах з чотирма площинами і більше).

Аномалії[ред.ред. код]

Площина флексагона (сукупність секторів), на якій присутні різні цифри, називається аномальною площиною, а флексагон з видимою аномальною площиною (в аномальному положенні) — аномальним флексагоном[9][11][25]. Поява аномальних площин можлива на флексагонах досить високого порядку, наприклад, на гексагексафлексагоні[9], додекагексафлексагоні[25]. Найпростішим гексафлексагоном, що допускає появу аномалій, є тетрагексафлексагон[21]. Для досягнення аномальних площин використовуються методи складання, відмінні від «стандартного» pinch flex[9].

Див. також[ред.ред. код]

та ін.[26]

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б в Наука и жизнь, 1970, №3
  2. а б в г д Наука и жизнь, 1970, №1
  3. а б в Antony S. Conrad, Daniel K. Hartline The story of the Flexagon
  4. а б в г д е ж Мартин Гарднер, Математические головоломки и развлечения
  5. Martin Gardner's Collections of «Mathematical Games» Columns. Muppetlabs
  6. Rogers, Russell E.; Andrea, Leonard D. L. (1959-04-21). «Changeable amusement devices and the like». Freepatentsonline.com. U.S. Patent 2883195. Архів оригіналу за 2013-08-13. 
  7. Patents
  8. а б в Mathematische Basteleien Flexagons
  9. а б в г д е ж и Наука и жизнь, 1977, №2
  10. а б в Scott Sherman The Pinch Flex
  11. а б в г д Наука и жизнь, 1970, №2
  12. а б Scott Sherman Flexagon Naming and Terminology
  13. Les Pook, Flexagons Inside Out
  14. а б Scott Sherman Triangle Flexagon Bestiary
  15. а б Наука и жизнь, 1975, №9
  16. Наука и жизнь, 1992, №4
  17. а б Наука и жизнь, 1993, №11
  18. Наука и жизнь, 1993, №12
  19. Послідовність A000207 з Енциклопедії цілочисельних послідовностей The number of hexaflexagons of order n+2
  20. Наука и жизнь, 1972, №3
  21. а б Наука и жизнь, 1977, № 8
  22. Flexagon Portal v-flex video
  23. Scott Sherman The V flex
  24. Scott Sherman The Tuck Flex
  25. а б Квант, 1992, №10
  26. Scott Sherman Triangle Flexagon Flexes

Литература[ред.ред. код]

Книги[ред.ред. код]

Статті[ред.ред. код]

  • А. А. Панов Флексагоны, флексоры, флексманы // Квант. — 1988. — № 7. — С. 10—14.
  • И. Кан Аномальные флексагоны // Квант. — 1992. — № 10. — С. 57—59.
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1970. — № 1. — С. 124—125. Тригексафлексагон
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1970. — № 2. — С. 68—69. Гексагексафлексагон, путь Таккермана
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1970. — № 3. — С. 154—155. Другие гексафлексагоны
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1970. — № 8. — С. 149. Переписка с читателями
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1972. — № 3. — С. 142—143. Тетрафлексагоны
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1972. — № 4. — С. 107. Флексотрубка Стоуна
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1975. — № 7. — С. 154—155. Флексотрубка Стоуна (продолжение)
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1975. — № 9. — С. 121—123. Гексатетрафлексагон, декатетрафлексагон, приставки IUPAC
  • И. Константинов Флексагонными тропами // Наука и жизнь. — 1977. — № 2. — С. 92—96, V. Туннельный перевод
  • Флексагоны // Наука и жизнь. — 1977. — № 8. — С. 98—99. Пространственные модели диаграмм перевода. Пентациркодекафлексагон
  • И. Кан Гемитетрафлексагоны // Наука и жизнь. — 1992. — № 4. — С. 126—127. Гемитетрафлексагоны
  • И. Кан Гемитетра- и гемигексафлексагоны // Наука и жизнь. — 1993. — № 11. — С. 150—152.
  • И. Кан Треугольные флексагоны // Наука и жизнь. — 1993. — № 12. — С. 42—43.

Посилання[ред.ред. код]