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(I) 摺出陽馬、鱉臑、塹堵

在文檔中 ISSUE 24 (頁 152-161)

11. A4 摺紙

劉徽在注文中說:「

假令廣袤各一尺,高一尺,相乘之,得

立方積一尺。邪解立方得兩塹堵;邪解塹堵,其一篇陽馬,

一為鱉臑。陽馬居二,鱉臑居一,不易之率也。合兩鱉臑成 一陽馬,合三陽馬而成一立方,故三而一。驗之以棊,其形 露矣。悉割陽馬,凡為六鱉臑。觀其割分,則體勢互通,蓋 易了也。

劉徽注意到,由立方割成的陽馬只有一種,由三個全等的陽 馬可併合成一個立方;另外分解立方也可得六個鱉臑,當中 雖有相互對稱而不全等的兩種鱉臑,但其等高處截面相等,

因而體積相等。此外,他的證明是先考慮特殊(立方體)再

塹堵  陽馬  鱉臑 

到一般(長方體)的情況,進而再嚴格證明的。現在,就讓 我們先摺出陽馬和鱉臑吧。

陽馬 紙(A4 紙)

1. 2.

摺出角平分線 依圓圈位置摺出鉛垂

3. 4.

依圓圈位置摺出水平 線

摺出角平分線及對角 線

5. 6.

摺出角平分線 沿山谷線摺變成立體,

留意星號位置,可參閱 下一步驟

7. 8.

完成步驟6 的立體圖,

然後如圖谷摺

沿山谷線摺,把左手面 的部分拉起並楔入內

9. 10.

(過程圖) 立體如圖,應有一塊紙

突出在外,把它楔入中 間位,應可扣實 11. 完成

   

鱉臑 紙(A4 紙)

1 2

平分 摺出角平分線

3 4

依位置摺出鉛垂線 依圓圈位置摺

5 6

如圖 摺出對角線及重摺兩

條鉛垂線

7 8

運用後面已有摺痕,摺 出角平分線

把 這 個 角 位 向 內 翻 摺,形成一個「袋口」

9 10

把這兩個角位摺上 沿虛線摺,形成立體

(可對比下一步,留 意符號位置)

11 12

最後,也沿虛線摺,把 深色三角形部分楔入

「袋口」位,應可扣實

完成

影片連結:https://youtu.be/E6g0Gst5TG8

塹堵與陽馬的台座均可用相同比例的紙張摺出來,篇幅所 限,給予展開圖讓有興趣的讀者摺出來吧。

塹堵 台座

陽馬與鱉臑可放入塹堵內收藏 三錐合一

如剛才所述,分割陽馬後可得出相互對稱而不全等的兩種鱉 臑,我們可運用上頁的摺法作鏡像反射就能得出該兩款鱉

應用上,老師可於課前自行摺出有關立體,帶上課堂作為教

具(可使用較大的A3 紙摺)。若時間許可的話,也可使用

環保紙,於課堂上帶領學生一同摺疊,籍此讓學生動手操作,

增強空間感,感受從平面到立體的過程。透過摺紙,拼合不 同立體,期望能加深學生對體積公式及其由來的印象,欣賞 其中的數學史。

進深一步,去到長方體的情況,劉徽運用了無窮小來做出「

馬居二,鱉臑居一」的

嚴格證明。其過程就是把陽馬和鱉臑 不斷於中點進行分割,透過極限來推論陽馬和鱉臑的體積必 為2:1。

教學上,老師們可試用

四分一

張紙,讓學生摺出較小的立體

去模擬劉徽的證明方法,再加以引導和推論。詳細的證明方 法已有同工們表述過,在此不贅。

教學延伸:

1. 運用四分

張紙所摺出來的立體的邊長為原有立體的

多少?這個邊長比與面積比有何關係?體積比又如 何?這方面是否可以作為相似立體的教材?

2. A4 紙的比例是多少?能證明嗎?

3. 參考陽馬展開圖的設計,你能求出 x 的值嗎?是否 A4 紙才能有這樣的設計?

4. 考慮陽馬和鱉臑的摺紙圖樣,運用正方形紙可以摺出來 嗎?應如何擺放?

5. 鱉臑擁有四個直角三角形,應該有助教授「三垂線定

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