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n个平面最多能将一个空间切成多少部分?
[问答题]
n个平面最多能将一个空间切成多少部分?
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SunburstRun
显然,当这n个平面满足以下条件时,所分割的部分数是最多的。 1、 这n个平面两两相交; 2、 没有三个以上的平面交于一点; 3、 这n个平面的交线任两条都不平行。 对于一般情况一下子不易考虑,我们不妨试着从简单的,特殊的情况入手来寻找规律。设n个 平面分空间的部分数为 an,易知 当n=1时,an=2 ; 当n=2时,an=4 当n=3时,an=8 当n=4 时,情况有些复杂,我们以一个四面体为模型来观察,可知an=15 ; 从以上几种情况,很难找出一个一般性的规律,而且当n的值继续增大时,情况更复杂,看来这样不行。那么,我们把问题在进一步简单化,将空间问题退化到平面问题:n条直线最多可将平面分割成多少个部分?(这n条直线中,任两条不平行,任三条不交于同一点),设n条直线最多可将平面分割成 bn个部分,那么 当n=1,2,3时,易知平面最多被分为2,4,7个部分。 当n=k 时,设 k条直线将平面分成了 bk个部分,接着当添加上第k+1 条直线时,这条直线与前k 条直线相交有 k个交点,这 k个交点将第 k+1条直线分割成k段,而每一段将它所在的区域一分为二,从而增加了K+1 个区域,故得递推关系式 b(k+1)=b(k)+(k+1) ,即 b(k+1)-b(k)=k+1 显然当k=1 时, b(1) =2,当k=1,2,3.....n-1 时,我们得到 个式子: b(2)-b(1)=2; b(3)-b(2)=3; b(4)-b(3)=4; b(5)-b(4)=5; …… b(n)-b(n-1)=n; 将这 n-1个式子相加,得 b(n)=1/2*(n^2+n+2),即n条直线最多可将平面分割成1/2*(n^2+n+2) 个部分。 我们来归纳一下解决这个问题的思路:从简单情形入手,确定b(k) 与b(k+1)的递推关系,最后得出结论。 现在,我们回到原问题,用刚才的思路来解决空间的问题,设k个平面将空间分割成a(k)个部分,再添加上第k+1个平面,这个平面与前k个平面相交有k条交线,这k条交线,任意三条不共点,任意两条不平行,因此这第k+1个平面就被这k条直线分割成b(k)个部分。 而这b(k)个部分平面中的每一个,都把它所通过的那一部分空间分割成两个较小的空间。所以,添加上这第k+1个平面后就把原有的空间数增加了b(k)个部分。由此的递推关系式 a(k+1)=a(k)+b(k), 即 a(k-1)-a(k)=b(k) 当k=1,2,3........n-1时,我们得到如下n-1个关系式 a(2)-a(1)=b(1); a(3)-a(2)=b(2); …… a(n)-a(n-1)=b(n-1); 将这n-1个式子相加,得 a(n)=a(1)+(b(1)+b(2)+b(3)+.......+b(n-1)) 因为 b(n)= 1/2*(n^2+n+2),a(1)=2 所以 a(n)=2+{1/2*(1^2+1+2)+(2^2+2+2)+(3^2+3+2)+........+((n-1^2)+(n-1)+2)} =(n^3+5*n+6)/6 问题的解:由上述分析和推导可知,n个平面最多可将平面分割成 =(n^3+5*n+6)/6
编辑于 2015-09-28 13:19:53
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noble4cc
我们先假设有n个平面相交得到了a(n)个空间,我们再添加第n+1个平面,第n+1个平面和其余的平面两辆相交,得到最大分割,也就是说第n+1个平面被分割成n条线分割,最大能分割成你b(n)=(n+1)*n/2+1个平面(为什么分割成这么多多平面见:
这里
)被分割成的子平面又把原来的空间一分为二,所以增加了b(n)个空间,可以得出a(n+1)=a(n)+b(n)<==>a(n+1)-a(n)=b(n);
a(2)-a(1)=b(1);
a(3)-a(2)=b(2);
....
a(n)-a(n-1)=b(n-1);
得出:
a(n)-a(1)=b(1)+b(2)+...+b(n-1);又a(1)=2;
a(n)=2+b(1)+b(2)+...+b(n-1);
经过变形:b(n)=1/2(n
2
+n+2
)
b(1)+...+b(n-1)=1/2[(1
2
+2
2
....
+(n-1)
2
)+(1+2+..+n-1)+2(n-1)]
平方和公式:n(n+1)(2n+1)/6
最终得到:a(n)=(n
3
+5n+6)/6
发表于 2015-06-08 10:51:44
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1
simmon_hu
n 直线分平面 平面分空间
1 2 2
2 4 4
3 7 8
4 11 15
我们看到第二列的数等于它上面的数与它左边的数的和,而第三列的数等于它上面的数与它左上的数的和,据此,我最后得出结果是2+(n-1)(n^2+n+6)/6=(n^3+5n+6)/6
发表于 2015-06-12 19:42:32
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1
sam_zhu
1个平面 2 个空间
2个平面 (1条交线) 4个空间
3个平面 (2条交线) 8 个空间
4个平面 (3条交线) 15个空间
n个平面 (n条交线) a(n)-a(n-1)=n(n-1)/2+1
a(n)=(n^3+5n+6)/6
这其中要注意 b(n-1) = n(n-1)/2 + 1
b(n) = (n+1)n/2 +1 这样一个计算,就是求交线划分平面的问题。
发表于 2015-07-23 11:56:15
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小小娃爱吃甜食
(n
3
+5n+6)/6
发表于 2015-07-10 11:04:01
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万QQ
此答案摘自博客客主‘ one piece’的回答:
num[n] = num[n - 1] + n*(n-1)/2 + 1 思路:第n个平面会和前面n-1个平面形成n-1条交线,n-1条 交线最多将新平面分成n*(n-1)/2 + 1份,每一份都多切出一个新的空间
发表于 2015-06-19 09:34:46
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0
大逗比
2的n次方,每加入一个平面,空间的分块都被均分了!result = 2^n.
发表于 2015-05-27 23:41:47
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这道题你会答吗?花几分钟告诉大家答案吧!
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问题信息
智力题
上传者:
陈木木
难度:
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