蜂房与沉船

时间:2022-10-14 08:11:06

同学们,你们见过蜂窝吗?

蜂窝的横断面是由正六边形组成的,但蜂房并非正六棱柱,房底由三个等菱形拼成.蜂房的这种结构引出了一个有趣的数学故事.

我们已经知道,周长一定的图形中圆的面积最大,然而圆是不能铺满平面的,而能铺满平面的正多边形只有正三角形、正方形和正六边形.同学们通过计算可以发现:面积一定的上述三种图形中,正六边形的周长最短,即最省材料,这就是蜂房为什么是正六边形的道理,然而,关于蜂房底部的结构却使许多科学家彻夜难眠.

1712年,法国学者马拉尔狄撰写了关于蜂房结构的论文,他测量了蜂房底部菱形的钝角为109°28',锐角为70°32',并算出每个蜂房的容积为0.25立方厘米.不久,这一发现传到了法国物理学家列奥缪拉的耳里.他猜想蜂房底部的这种结构,大约应该是最节省材料的.不过他苦苦思索也无法解决这个问题,只好求教于巴黎科学院院士、瑞士数学家克尼格.克尼格经过精心计算,发现建造容积同样大小的蜂房,而用材料最少的,其底部菱形的两角应该是109°26'与70°34'.这与测量的结果仅差2'.人们既赞叹克尼格的聪明才智,又佩服像蜜蜂这样出类拔萃的“建筑师”.他们认为,蜜蜂在这样细小的建筑上误差2'是不用大惊小怪的.

然而,蜜蜂并没有错,犯错误的其实正是大名鼎鼎的科学院院士克尼格!

说来也巧,在调查一艘船只遇难的起因时,发现船上用来确定方位的对数表竟然有些地方印错了!而那种对数表恰恰是数学家克尼格用过的.这件事引起了著名的苏格兰数学家麦克劳林的注意.1743年,麦克劳林计算了最经济的蜂房结构,得出菱形的两角应是109°28'与70°32',这与马拉尔狄的测量结果是一致的.原来克尼格在进行反三角函数计算时,由于对数表的误差,算错了2'.

达尔文称赞蜜蜂的建筑艺术,说:“蜜蜂不愧是天才的工程师”.马克思曾经说过:“蜜蜂建房的本领使人间许多建筑感到惭愧.”现在,许多建筑师已模仿蜂房结构,建成许多设备和建筑物.目前,蜂房结构还被应用到与飞机、火箭等有关的设计中去.

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