一共有多少个正三角形?
陕西省兴平市阜寨镇教委 张晨
把正六边形的各边n等分,用线段依次连接相隔一边的两边上的对应分点,使与所夹边平行。这样,正六边形就变成了由许多相同的小正三角形组成的网格状图形。那么,一共有多少个大小不同的正三角形呢?这是一个有趣又有一定难度的数数问题。
这个问题如何解答?我们可以从研究分析简单的情形入手,最后归纳出一般的结论。
如图,把正六边形的各边2等分,用线段依次连接相隔一边的两边上的对应分点,使与所夹边平行。这样,正六边形就变成了由有限个相同的小正三角形组成的网格状图形。图中一共有多少个大小不同的正三角形呢?
通过观察分析可以发现,图中既有正立(△)的正三角形,又有倒立(▽)的正三角形;既有边长为1(图中小正三角形的边长规定为1个单位长度)的小正三角形,又有边长为2和3的大正三角形。而且,由于正六边形的对称性,所有正立正三角形的个数和倒立正三角形的个数相等。
下面我们从上到下逐行数出所有正立正三角形的个数。
第一步,边长为1的正立正三角形有:
3+4+3+2=12(个)
第二步,边长为2的正立正三角形有:
3+2+1=6(个)
第三步,边长为3的正立正三角形有1个。
所以正立正三角形的个数是:12+6+1=19(个)
因为正立正三角形的个数和倒立正三角形的个数相等,所以图中一共有19×2=38(个)大小不同的正三角形。
通过进一步的观察和分析,我们发现正六边形各边的等分数n分偶数和奇数两种情形,即当n=2m和n=2m+1时正六边形中正三角形的个数有不同的结论。
先看当n=2m时正六边形中正三角形的个数。
同上,我们只要先从上到下逐行求出边长为1~3m(边长为3m的正立正三角形是正六边形中最大的正立正三角形)的正立正三角形的个数,再乘2,就可以得出正六边形中全部正三角形的个数。
第一步,边长为i(1≤i≤2m)的正立正三角形的个数是:
(2m+1)+(2m+2)+…+(4m+1-i)+(4m-i)+…+(2m+1-i)
=[(2m+1)+(2m+2)+…+(4m-i)]×2+(4m+1-i)+2m+(2m-1)+ …+(2m+1-i)
=(6m+1-i)(2m-i)+(4m+1-i)+i(4m+1-i)
=12m+2m-8mi-i+i+4m+1-i+2mi+i-i
=12m+6m+1+i-6mi-i
第二步,边长为2m+j(1≤j≤m)的正立正三角形的个数是:
(2m+1-2j)+ (2m-2j)+ …+1
=(2m+1-2j+1)(2m+1-2j)÷2
=(m+1-j)(2m+1-2j)
=2m+3m+1+2j-4mj-3j
第三步,边长为1~2m的正立正三角形的个数是:
(12m+6m+1+i-6mi-i)
=2m(12m+6m+1)+ [1+2+…+(2m)]-(6m+)(1+2+…+2m)
=24m+12m+2m+m(2m+1)(4m+1)-m(2m+1)(6m+)
=24m+12m+2m+m+m+m-12 m-9m-m
=13m+4m+m
注: 1+2+…+(2m)=(2m)(2m+1)(4m+1)=m(2m+1)(4m+1)
1+2+…+2m=(2m)(2m+1)=m(2m+1)
第四步,边长为2m+1~3m的正立正三角形的个
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