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探索數字趣
驚奇妙用胖三角

文/蔡旻諭(科普作家、國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士) 圖/柯欽耀 (2022/3/29)

 常見的掃地機器人都是圓形,不過你可能會發現,除了圓形的掃地機器人,其實還有另一種形狀的掃地機器人。

 它的形狀看起來有點像「正三角形」,也有三個頂點、三個邊,但邊長卻不是直線,而是有點弧度的曲線,感覺像是把原本正三角形的三個直線邊,由內往外推,這個看起來有些「圓」、有些「胖」的形狀,在數學上稱作「勒洛三角形」。

 勒洛三角形的掃地機器人在充滿稜稜角角的房間內,可以像圓形掃地機器人一樣順暢旋轉移動。在清理面積上,勒洛三角形的掃地機器人也更勝一籌,尤其是針對緊貼牆壁的邊緣和夾角,不給灰塵留下一絲空隙。

勒洛三角形的滾動軌跡。

繪製圖形的方法

 畫出勒洛三角形主要有以下兩種方法:

 第一種方法是先畫一個正三角形,並假設正三角形的三個頂點為A、B、C,接著使用圓規,依據下列三個步驟作圖,最後繪製出的圖形,即是勒洛三角形。

 1.選A為圓心,以正三角形的邊長為半徑,轉動圓規從B到C,畫出第一條弧線。

 2.選B為圓心,以正三角形的邊長為半徑,轉動圓規從A到C,畫出第二條弧線。

 3.選C為圓心,以正三角形的邊長為半徑,轉動圓規從A到B,畫出第三條弧線。

 第二種方法可依照以下步驟,繪製三個交疊的圓圈,互相疊合的形狀就是勒洛三角形。

 1.使用圓規畫出任意半徑的圓。

 2.選擇圓周上的任意一點為第二個圓心,以同步驟1的半徑,用圓規畫出第二個圓,這時候圖形是兩個圓形各自有部分區域重疊,並且這兩個圓形的圓周會有兩個「交會點」。

 3.選擇其中一個交會點作為第三個圓的圓心,用同前兩個圓形的半徑,畫出第三個圓。 

 4.三個圓形共同重疊的形狀,就是勒洛三角形。

勒落三角形的色鉛筆、人孔蓋。圖/達志影像

勒洛三角形的應用

 除了掃地機器人,生活中還有許多物品會製作成勒洛三角形,例如:三角鉛筆、街道上的人孔蓋、硬幣,甚至某些特殊的輪胎。

 由於兒童的手掌較小,且在開始學習書寫時,需要養成正確的握筆姿勢。筆身做成勒洛三角形,比起圓形或六邊形的鉛筆,小孩子更容易抓握,同時擺在桌子上比較不會滾動掉落。

 人孔蓋也很適合設計成勒洛三角形,因為圓形孔蓋和勒洛三角形孔蓋都有一個相同的性質,就是不管是平放、立放、斜放,都可以很順利的卡在洞口,不會掉進下水道。

英國硬幣中的五十便士,就是勒洛七邊形。圖/達志影像

 勒洛三角形的硬幣對盲人來說,比圓形的硬幣更加友善。傳統的圓形硬幣,視障者只能用手部感知大小或觸摸表面花紋來區別幣值。

 如果將硬幣依照不同幣值設計成勒洛三角形、勒洛五邊形、勒洛七邊形或其他勒洛多邊形,視障者只要將硬幣握在掌中,透過數算硬幣是幾邊形,就更明確判斷手上拿的是哪一種硬幣,弄錯的機率會大大降低。

 勒洛三角形和其他勒洛多邊形的家族成員,在工程上還有很多應用,後續更有工程師開發出「勒洛多邊形鑽頭」,為機械的發展帶來更多的可能性。

勒洛三角形、五邊形、七邊形和九邊形。