人民币底纹的设计原理?
这个设计真的挺有意思的,我来做个科普吧。 先放结果,结论在这:这些图形其实是由10000个小三角形组成的。 我们来放大看看,把上面的图形沿着虚线撕开,就得到这张图片了(因为人民币是左右对称的,所以只展示了右边的一半)。是不是有很多的小三角形呢? 接着我们进一步把每一个小三角形分开看。其实每个三角形都是由两条窄线和一条宽线组成的。
为了更直观地观察这些细小的三角形,我们把所有的大三角形涂黑,这样就看到了里面密密麻麻的三角形了。 这个设计的思路其实是借鉴了古代数学家发明的「百鸡问题」——就是用一百个鸡蛋来换五只鸡,问有多少鸡蛋和多少只鸡。 这个问题的数学模型可以通过以下公式实现: 把上面的数字替换成其他单位,这个问题就很值得研究了。比如用「元」代替「枚」,用一个方程表示就是: 把这个方程写成等价形式,并且整理一下,我们可以得到: 显然,上面这个方程是一个不定方程,没有具体解。不过我们可以求出它的通解。
把这个式子左边约分,然后提取公因子x,我们就可以得到一个关于x的一元一次方程: 这个方程有无数组解。接下来我们重点来了!把上面的方程的两边同时乘2,然后同时加1,我们就得到了下面这步: 把上面的式子右边的x换成任意正整数n,那么上一步的结果就可以表示为如下形式: 把上面的式子再乘2,然后加1,就得到了最最终的结果: 把上面的式子两边同时除以2,然后再减去1,我们就得到了答案: 把上面的整式除以n,然后把 n 换成 10000,我们就得到了最后的结果: 答案是4953.86.....接下来我给出几种不同的求解方法。
以上只是把求解过程写了出来,实际上并不一定需要这么麻烦,可能有些小伙伴会有疑问,为什么题目要求的是 10000 个三角形而不是 10001 个或者 10002 个呢?其实,在数学中,当我们在研究某一个问题时,有时候会假设一些特定条件,这些条件的设定是十分严格的,而一旦设定了条件,那么这个问题的数学模型就会有所限定,最后的答案也会受到这些条件的影响。而在本文中,这个问题设定的条件就是在讨论「一千元人民币」这一「整体」时,不讨论其中任何一个「单独的三角形的面积」。如果考虑单个三角形的话,那就超出了一千元的范围,变成「百元大钞」了呀!所以,为了保证问题的统一性,只能假设 10000 个三角形。