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折纸数学

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折纸数学研究纸模型的可展性、用折纸解数学方程,能解决尺规作图无法解决的问题,包括三等分角和倍立方问题。藤田—羽鸟公理集是重要成果,Haga定理可精确等分纸边,折纸问题被证明为NP完全问题,还有折纸损失函数公式。

折纸数学是指对折纸艺术从数学的角度加以研究。比如,研究某个特定的纸模型的可展性(研究该模型是否可以摊平而无须把它弄破)以及使用折纸来解数学方程。
某些经典几何作图问题例如三等分角,或者将立方体的体积扩大一倍(倍立方)等问题都被证明为尺规作图不可能解决的。但是它们可以通过几个折纸步骤加以解决。一般地,折纸可以通过作图求解不超过4次的代数方程。藤田—羽鸟公理集(Huzita-Hatori axioms,以日本数学家藤田文章和羽鸟公士郎命名)是这一领域的重要研究成果。
作为利用几何概念对折纸进行研究的结果,Haga定理可以用来把纸的一边精确地三等分、五等分、七等分和九等分。其他定理则允许我们从正方形折出其它图型,例如等边三角形、正六边形、正八边形以及特定的矩形比如黄金矩形和白银矩形等。
从带有折痕的平纸重新折出原来的形状这一问题已被Marshall Bern和Barry Hayes证明为NP完全问题。其它技术上的结果在《几何折纸算法》一书第二部分有更详细的介绍。
对一张纸不断对折,其损失函数为



L
=



π
t

6


(

2

n


+
4
)
(

2

n


−
1
)


{\displaystyle L={\frac {\pi t}{6}}(2^{n}+4)(2^{n}-1)}

,这里 L 代表纸张的最小长度,t 代表纸张厚度,n 代表折叠次数。这个函数是Britney Gallivan在2001年(那时候他还是个高中学生)提出的,他能把一张纸对折12次。之前人们一直以为不管多大的纸最多只能对折8次。

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