STEP 01 / 07
在左右画板依次点出顶点,点击起点或“闭合图形”完成。边不能交叉,可以画凹多边形。
相同编号的一对碎块完全全等。左侧黄紫,右侧湖橙。只有平移与旋转,没有拉伸、增减或丢失面积。
点选一块,可在左右图形中同时追踪对应碎块。滚轮或双指缩放,左右同步;右上角保留各自原形。
切割之后,每一块都只平移或旋转。动画中短暂交叠表示搬运途中的位置,不代表面积改变;可以暂停、拖动进度,或重播任一步。
电脑用鼠标,手机与平板用点按和双指缩放;横屏左右对照,窄屏上下排列。键盘依次按 Tab 选中画板,Enter 闭合图形、Backspace 撤销顶点。
刘徽注《九章算术》,以「出入相补」原理将青方、朱方互移互补而合成弦方。本工坊的「刘徽模式」(任意两个正方形剖分等价于一个正方形)即源于此图。
华勒斯(W. Wallace,1807)、波埃伊(F. Bolyai,1833)、格维也纳(P. Gerwien,1835)相继独立证明:平面上任意两个面积相等的简单多边形剖分等价——切成有限块,仅凭平移与旋转即可互相拼成。这正是本工坊演示的全部数学。
平面上「等积即可剖分互拼」启发了希尔伯特:他将三维对应命题列为 23 个问题之第三;同年 Dehn 构造不变量,证明等体积多面体并非剖分等价。「Hilbert 模式」(任意矩形剖分等价于正方形,《几何原本》II.14 的古老课题)因这一渊源得名。
来源与改编 主题与三角形、长方形、刘徽合方及共同细分图示依据本任务提供的素材;界面采用九章格数学深蓝金主题,黄、红、橙、湖绿、紫五色用于区分两侧图形与对应碎块。
原始体验:Dima Smirnov 与 Zivvy Epstein 的 Scissors Congruence;本版重新实现几何计算与动画记录,补充两方合一、共同细分与严格逆推。
延伸参考:滑铁卢大学:勾股定理动画;明尼苏达大学:勾股面积证明。参考只用于理解运动方式,本程序按用户绘制的尺寸重新计算。
欧几里得《几何原本》第一卷第 47 命题给出勾股定理;刘徽原图并未完整传世,这里依照复原示意实现。