用边长相同的正三角形、正方形、正六边形、正八边形、正十边形进行密铺,每个交叉点只允许五块进行密铺,它有 种铺法.
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完整解法
1. 计算各正多边形的内角大小
根据正多边形内角和公式,可以求得各正多边形的每个内角的度数:
- 正三角形的每个内角为:
- 正方形的每个内角为:
- 正六边形的每个内角为:
- 正八边形的每个内角为:
- 正十边形的每个内角为:
2. 建立密铺角度之和为 $360^\circ$ 的数学模型
设在每个交叉点处,正三角形、正方形、正六边形、正八边形、正十边形分别有 个(其中 为非负整数)。
由题意,每个交叉点恰好由五块多边形密铺,可得:
同时,拼接处各角之和必须为 :
3. 对不定方程进行分类讨论求解
将角度方程两边同时除以 3 简化得:
结合 进行分析:
若 ,则其余多边形个数和 。
由于其余多边形系数均不小于 30,其对应的和至少为 。
而此时 ,总和将大于 。因此 必须大于等于 3。
下面分情况讨论:
- 当 时,代入得 ,无解;
- 当 时,剩下 1 个多边形的系数应为 ,对应正六边形(),即:4个正三角形和1个正六边形。此时角度和为 ,符合密铺要求;
- 当 时,剩下 2 个多边形的系数之和应为 。因为除三角形外最小系数为 30,所以只能是 ,对应2个正方形(),即:3个正三角形和2个正方形。此时角度和为 ,符合密铺要求。
4. 得出最终结论
综上分析,符合每个交叉点只允许五块进行密铺的组合只有2种,即“4个正三角形和1个正六边形”和“3个正三角形和2个正方形”。因此共有 2 种铺法。
答案
2
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