有一个“理科生吊打禅师”的段子是这样讲的。少年问禅师:“大师,同学总嫌我棱角太突出,不合群!”禅师掏出数根圆柱铺在地上,在上面搁了一块木板,并推动它,说:“你看,只有磨去棱角、共同合作,才能走得更远,这就是我们把轮子做成圆形的道理。如果棱角突出,怎么还能平稳前进呢?”少年略一沉吟,默默地掏出一个勒洛三角形。
浑身是戏的勒洛三角形如果你把 3 个等半径的圆重合起来,两两互相经过圆心,画出 3 个圆相交的部分,你就得到了勒洛三角形,也可以称为“曲边三角形”。这个勒洛三角形看上去平平无奇,但却具有一个很奇葩的特性:它在任何方向上的直径(或称宽度)都是定值,这种几何图形的学名叫“定宽曲线”。
当然定宽曲线可远远不止这么一种,包括圆在内的许多几何图形都是定宽曲线,它们都具有许多有趣的特性,当然其中最重要的就是定宽性了。定宽性的一个最直接的应用就是拿来当轮子。使用截面是定宽曲线的滚木来搬运东西,不会发生上下抖动。另外定宽曲线还有一个有趣的性质,就是宽度相等的定宽曲线有相同的周长,所以图中的圆形滚木转过一周的时候,旁边的勒洛三角形滚木也恰好转过一周。
应用上面滚木的原理,可以制造出许多有趣的小玩意。除了文章开头看到的角轮自行车 ,等宽曲线在汽车工业上也有广泛应用。当然,汽车制造商们不会用等宽曲线制造轮子,他们把等宽曲线藏进了汽车更核心的部分——转子发动机。由于等宽性,等宽曲线还可以在一个正方形内贴着边沿滚动。 1914 年,一位注意到这一特性的美国工程师据此发明了方孔钻头。方孔钻头的截面是一个勒洛三角形,为使钻头更锋利,它被削去了一部分。
在工作时钻头的中心随着钻头的转动同时绕轴做类似圆周的运动,就可以钻出四角略圆的正方形。看了这么多,你可能会被勒洛三角形的硬核气质震慑到。实际上由三条完美弧线构成的它,天生就具有非常高的艺术观赏价值,除了工业领域,你还可以在生活中的许多场合见到这个特立独行的三角形。