Введение
В геометрии флексагоны — это плоские модели, обычно изготавливаемые из складывающихся полос бумаги, которые можно сгибать или складывать определенным образом, чтобы показать грани, отличные от двух, изначально находящихся на лицевой и обратной сторонах. Флексагоны обычно квадратные или прямоугольные (тетрафлексагоны) или шестиугольные (гексафлексагоны). К названию можно добавить префикс, указывающий количество граней, которые может отображать модель, включая две грани (лицевую и обратную), видимые до сгибания. Например, гексафлексагон с общим числом шести граней называется гексагексафлексагоном. В теории гексафлексагонов (то есть, касающейся флексагонов с шестью сторонами) флексагоны обычно определяются в терминах патов. Два флексагона эквивалентны, если один из них можно преобразовать в другой серией защипов и вращений. Эквивалентность флексагонов — это отношение эквивалентности. Один из них образовал тригексафлексагон. Коллеги Стоуна, Брайант Такерман, Ричард Фейнман и Джон Тьюки заинтересовались этой идеей и сформировали Принстонский комитет по флексагонам. Такерман разработал топологический метод, называемый обходом Такермана, для выявления всех граней флексагона. Обходы Такермана представлены в виде диаграммы, отображающей соответствие между каждой гранью флексагона и другими гранями. При этом он понял, что каждая грань не всегда появляется в одном и том же состоянии. Флексагоны были представлены широкой публике Мартином Гарднером в декабрьском выпуске журнала Scientific American в 1956 году в статье, получившей такой положительный отклик, что она положила начало колонке Гарднера «Математические игры», которая затем публиковалась в этом журнале в течение следующих двадцати пяти лет. В 1974 году фокусник Дуг Хеннинг включил в состав оригинальной записи актерского состава своего бродвейского шоу «Магическое шоу» конструктор для создания собственного гексафлексагона.
In geometry, flexagons are flat models, usually constructed by folding strips of paper, that can be flexed or folded in certain ways to reveal faces besides the two that were originally on the back and front. Flexagons are usually square or rectangular (tetraflexagons) or hexagonal (hexaflexagons). A prefix can be added to the name to indicate the number of faces that the model can display, including the two faces (back and front) that are visible before flexing. For example, a hexaflexagon with a total of six faces is called a hexahexaflexagon. In hexaflexagon theory (that is, concerning flexagons with six sides), flexagons are usually defined in terms of pats. Two flexagons are equivalent if one can be transformed to the other by a series of pinches and rotations. Flexagon equivalence is an equivalence relation. One of these formed a trihexaflexagon. Stone's colleagues Bryant Tuckerman, Richard Feynman, and John Tukey became interested in the idea and formed the Princeton Flexagon Committee. Tuckerman worked out a topological method, called the Tuckerman traverse, for revealing all the faces of a flexagon. Tuckerman traverses are shown as a diagram that maps each face of the flexagon to each other face. In doing so, he realized that each face does not always appear in the same state. Flexagons were introduced to the general public by Martin Gardner in the December 1956 issue of Scientific American in an article so well received that it launched Gardner's "Mathematical Games" column which then ran in that magazine for the next twenty five years. In 1974, the magician Doug Henning included a construct your own hexaflexagon with the original cast recording of his Broadway show The Magic Show.
Попытка коммерческого развития
В 1955 году Рассел Роджерс и Леонард Д'Андреа из Homestead Park, штат Пенсильвания, подали заявку на патент, и в 1959 году им был выдан патент США № 2 883 195 на гексагексафлексагон под названием «Изменяемые развлекательные устройства и аналогичные». В их патенте были описаны возможные области применения устройства «в качестве игрушки, рекламного дисплея или образовательного геометрического инструмента». Небольшое количество таких новинок было произведено компанией Herbick & Held Printing Company, типографией в Питтсбурге, где работал Роджерс, однако устройство, продававшееся под названием «Hexmo», не получило распространения.
Триттетрафлексагон
Тритетрафлексагон — самый простой тетрафлексагон (флексагон с квадратными сторонами). Приставка "три" в названии указывает на то, что у него три грани, две из которых видны в любой момент времени, если флексагон прижать. Конструкция тритетрафлексагона аналогична механизму, используемому в традиционной детской игрушке "Лестница Якоба", в кубике Рубика "Магия Рубика" и в фокусе с волшебным кошельком или кошельком Химбера. У тритетрафлексагона есть две тупиковые точки, в которых невозможно совершить складывание вперед. Чтобы перейти к другой грани, необходимо либо сложить флексагон назад, либо перевернуть его.
Гексаттетрафлексагон
Более сложный циклический гексатетрафлексагон не требует склеивания. Циклический гексатетрафлексагон не имеет "мертвых концов", но тот, кто его собирает, может продолжать складывать его, пока не вернется к начальной позиции. Если в процессе сборки стороны окрашены, состояния становятся более наглядными. В отличие от тритетрафлексагона, гексатетрафлексагон не имеет тупиков и никогда не требует обратного сгибания.
Гексафлексагоны
Гексафлексагоны бывают самых разных видов, отличающихся количеством граней, которые можно получить, сгибая собранную фигуру. (Обратите внимание, что слово "гексафлексагон" [без приставок] иногда может относиться к обычному гексагексафлексагону, имеющему шесть сторон вместо других чисел.)
Тригексафлексагон
Гексафлексагон с тремя гранями – самый простой в изготовлении и обращении из всех гексафлексагонов, и изготавливается из одной полосы бумаги, разделенной на девять равносторонних треугольников. (Некоторые схемы предусматривают десять треугольников, два из которых склеиваются при окончательной сборке.) Для сборки полосу складывают через каждые три треугольника, соединяя ее с собой после трех перегибов, подобно международному символу вторичной переработки. В результате получается лента Мёбиуса, единственный край которой образует узел трилистника.
Другие гексафлексагоны
В то время как наиболее часто встречающиеся гексафлексагоны имеют три или шесть граней, существуют вариации с любым количеством граней. Прямые полосы создают гексафлексагоны с числом граней, кратным трём. Другие числа граней получаются из непрямых полос, которые представляют собой прямые полосы с некоторыми согнутыми сгибами, уменьшающими количество граней. Многие полосы можно складывать разными способами, получая различные гексафлексагоны с разными схемами складывания.
Правый октафлексагон и правый додекафлексагон
В этих более недавно открытых флексагонах каждая квадратная или равносторонняя треугольная грань обычного флексагона дополнительно разделяется на два прямоугольных треугольника, что обеспечивает дополнительные режимы складывания. Разделение квадратных граней тетрафлексагонов на прямоугольные равнобедренные треугольники приводит к октафлексагонам, а разделение треугольных граней гексафлексагонов на прямоугольные треугольники с углами 30, 60 и 90 градусов приводит к додекафлексагонам.
Пентафлексагон и правый декафлексагон
В плоском состоянии пентафлексагон выглядит очень похоже на логотип Chrysler: правильный пятиугольник, разделенный из центра на пять равнобедренных треугольников с углами 72° 54° 54°. Из-за своей пятикратной симметрии пентафлексагон нельзя сложить пополам. Однако, сложная серия изгибов приводит к его преобразованию от отображения сторон один и два на лицевой и обратной сторонах, к отображению его ранее скрытых сторон три и четыре. Дальнейшее деление треугольников пентафлексагона с углами 72° 54° 54° на прямоугольные треугольники с углами 36° 54° 90° создает одну из вариаций декафлексагона, имеющего десять сторон.
Обобщенные равнобедренные n-флексагоны
Пентафлексагон — один из бесконечной последовательности флексагонов, основанных на разделении правильного n-угольника на n равнобедренных треугольников. Другие флексагоны включают гептафлексагон, равнобедренный октафлексагон, эннеафлексагон и другие.
Неплоский пентафлексагон и неплоский гектафлексагон
Гарольд В. Макинтош также описывает "неплоские" флексагоны (то есть те, которые нельзя согнуть так, чтобы они лежали плоско); флексагоны, сложенные из пятиугольников, называемые пентафлексагонами, и из семиугольников, называемые гептафлексагонами. Их следует отличать от "обычных" пентафлексагонов и гептафлексагонов, описанных выше, которые изготавливаются из равнобедренных треугольников и могут быть разложены в плоскость.
В популярной культуре
Флексагоны также являются популярной книжной структурой, используемой создателями книг-объектов, такими как Джули Чен (Жизненный цикл) и Эдвард Х. Хатчинс (Альбом и Voces de México). Инструкции по изготовлению тетра-тетра-флексагона и крестообразных флексагонов содержатся в книге Алисы Голден "Создание книг ручной работы: более 100 переплетов, структур и форм". Высокопорядковый гексафлексагон был использован в качестве сюжетного элемента в романе Пирса Энтони, где одно складывание флексагона уподоблялось путешествию между альтернативными вселенными. Ви Харт, известный популяризатор математики и педагог, получила широкую известность благодаря своему видео о гексафлексагонах. Ее увлекательный стиль изложения и ясное объяснение математических концепций помогли сделать сложные темы понятными для широкой аудитории. Видео не только продемонстрировало увлекательные свойства гексафлексагонов, но и показало уникальный подход Харта к тому, чтобы сделать математику доступной и интересной. Этот вклад считается одной из ее самых значимых работ, вдохновляя зрителей на изучение математики за пределами традиционной школьной программы.