“苏超”负责点燃夜市与屏幕,我负责算一算足球里的几何学

霓虹闪烁的无锡夜市,空气里弥漫着孜然烤肉和冰镇啤酒的香气。但最勾人的声响,不是锅铲的叮当,而是围坐在商场巨大屏幕前、广场临时看台旁爆发出的一浪高过一浪的呐喊。

数学爱好者俱乐部

x

智爱艺数

谁能想到,年初还怕‘冷场’要靠送票的比赛,短时间里竟化身席卷全国的顶流话题?社交平台话题播放量破亿,‘江苏十三太保’的‘内斗大戏’,愣是把省级联赛踢出了‘中超’的架势!

虽然我们习惯了为一次绝杀欢呼,为一个冠军疯狂。

可有没有那么一瞬间,你盯着那个滚动、飞跃、决定胜负的圆形物体,想过它本身就是一个数学的奇迹?它安静时呈现着规则的几何美学,滚动时遵循着复杂的物理轨迹。

所以今天我们不聊战术,不争‘散装’是非,就从这颗球的几何构成说起,探寻热闹非凡的苏超赛场内外,那些隐藏在竞技激情之下的“数”学逻辑。

<0·0>

足球里“接地气”的数学

我们先聚焦一个最经典的问题:传统黑白块足球由多少个五边形、多少个六边形构成?这些不同的平面图形如何无缝拼接成一个近乎完美的球体?

答案隐藏在伟大的欧拉公式之中。

对于任何类似于球的简单凸多面体,欧拉揭示了一个普适的拓扑恒等式:

其中:

:顶点数量(即多个面交汇的点)。

:棱边数量(即面与面相交的线段)。

:面的数量。

经典足球正是一个球面状的凸多面体。其表面由黑色正五边形和白色正六边形构成。我们设:

五边形块的数量为

六边形块的数量为

我们先来看总面数 :所有五边形和六边形都是独立的“面”。因此:

再来看总棱边数 :每个五边形有5条边。每个六边形有6条边。

如果我们直接将所有面的边数相加: 。然而,多面体中的每一条棱边都被相邻的两个面所共享。因此,在 的计算中,每条棱边都被重复计数了2次。

故,实际的总棱边数应为:

最后看一下总顶点数 :每个五边形有5个顶点。每个六边形有6个顶点。将所有面的顶点数相加: 。但在足球中,每个顶点都是且仅是 3 个面交汇的地方(即三条棱边的交点)。因此,在   的计算中,每个顶点都被重复计数了3次。

故,实际的总顶点数应为:

现在我们将 代入欧拉公式

求解方程:

  1. 为了消除分母,方程两边同时乘以 6:

  2. 简化每一项:

    计算后:

  3. 去掉括号:

  4. 合并同类项:

  5. 解得:

所以五边形块的数量   等于 

虽然欧拉公式锁定了  ,但还没有直接算出  。我们需要再进行下一步计算:

由于每一个五边形都与五个六边形相邻;而每一个六边形则交替地与三个五边形和三个六边形相邻。

利用五边形周围的连接特性:

因此, 个五边形总共贡献了 条边用于与六边形相连。也就是五边形-六边形共享边的总数。

现在,观察其中一个六边形:

它有 条边,在标准足球上,它的边一部分与五边形共享,另一部分与六边形共享。

由于其对称结构设计,每个六边形都正好与 个五边形相邻(即它贡献了 条边用于与五边形相连)。

因此,每一个六边形都为上面计算的总共 条“五边形-六边形”共享边贡献了 条。

设六边形数量为 ,则所有六边形贡献的此类边总数是

这必须等于由五边形那边算出来的共享边总数

所以经典足球由 个黑色正五边形和 个白色正六边形构成,总面数

代入欧拉公式验证:

  1. 棱边数 

  2. 顶点数 

  3. 欧拉公式验证:

完美符合。怎么样,是不是很有趣?如果有兴趣大家可以回家带着自己家的小朋友一起求解试一试。

回过头来看苏超,当那颗精密遵循着欧拉公式的足球,在“苏超”的夜空下划过一道优美或惊险的弧线,它所承载的,早已不仅仅是赛事的结果。

(图片来源:网络,侵删)

缝合之上是超越数据与规则的“非理性”力量:

无锡夜市里那些自发喊哑的嗓子,扬州主场山呼海啸的助威,社交媒体上破亿的围观热情…… 这些都不是联赛积分规则或德比营销策略能完全计算出来的。

它更多是一种共情与归属的共振。

图片

我们是谁:

MatheMagician,中文“数学魔术师”,原指用数学设计魔术的魔术师和数学家。既取其用数学来变魔术的本义,也取像魔术一样玩数学的意思。文章内容涵盖互联网,计算机,统计,算法,NLP等前沿的数学及应用领域;也包括魔术思想,流程鉴赏等魔术内容;以及结合二者的数学魔术分享,还有一些思辨性的谈天说地的随笔。希望你能和我一起,既能感性思考又保持理性思维,享受人生乐趣。欢迎扫码关注和在文末或公众号留言与我交流!

图片

图片

图片

扫描二维码

关注更多精彩

魔术的定义、评价与分类(三)——魔术的内部结构层次和专业评价

乘法口诀表为什么要背?怎么背?(二)——何为理解式背诵

鸽尾洗牌的秘密(十三)——画龙点睛

明明有bug的扑克魔术怎么还能骗到人?(五)  ——大效果前,小瑕疵后

2024阿里巴巴全球数学竞赛决赛中的深度学习背景题解析(二)——应用与计算数学部分第6题

图片

点击阅读原文,往期精彩不错过!

基于可靠性评估序贯蒙特卡洛模拟法的配电网可靠性评估研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于可靠性评估序贯蒙特卡洛模拟法的配电网可靠性评估研究”,介绍了利用Matlab代码实现配电网可靠性的仿真分析方法。重点采用序贯蒙特卡洛模拟法对配电网进行长时间段的状态抽样统计,通过模拟系统元件的故障修复过程,评估配电网的关键可靠性指标,如系统停电频率、停电持续时间、负荷点可靠性等。该方法能够有效处理复杂网络结构设备时序特性,提升评估精度,适用于含分布式电源、电动汽车等新型负荷接入的现代配电网。文中提供了完整的Matlab实现代码案例分析,便于复现和扩展应用。; 适合人群:具备电力系统基础知识和Matlab编程能力的高校研究生、科研人员及电力行业技术人员,尤其适合从事配电网规划、运行可靠性分析相关工作的人员; 使用场景及目标:①掌握序贯蒙特卡洛模拟法在电力系统可靠性评估中的基本原理实现流程;②学习如何通过Matlab构建配电网仿真模型并进行状态转移模拟;③应用于含新能源接入的复杂配电网可靠性定量评估优化设计; 阅读建议:建议结合文中提供的Matlab代码逐段调试运行,理解状态抽样、故障判断、修复逻辑及指标统计的具体实现方式,同时可扩展至不同网络结构或加入更多不确定性因素进行深化研究。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值