- 主题:总面积大于3的有限个正方形是否一定能覆盖单位正方形?
只知道4可以覆盖,3不清楚,猜测可以,但不会证明
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: rt,证明或否定,总面积大于3的有限个正方形一定能覆盖单位正方形
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FROM 117.107.131.*
抛个砖
1.总面积3以下不能保证覆盖,弄3个面积相等的正方形就覆盖不了了
2.总面积大于等于4肯定可以覆盖
操作方法是把正方形按面积区间进行分类,面积区间是[1/4,1),[1/16,1/4),[1/64,1/16)...
每个面积区间如果正方形数量大于3个,则4个正方形可以合并成1个更大的正方形(多余的部分当浪费掉了),并放入上一级区间中,比如区间[1/16,1/4)的4个正方形可以合成一个[1/4,1)区间的正方形
按照这个规则进行操作,直到每个区间都不超过3个正方形为止,那么此时总面积的最大值是每个区间都有3个正方形,且每个正方形面积取区间上限,总面积是3*(1+1/4+1/16+...),这个极限算出来是4
所以总面积大于等于4时,就装不下了,肯定会合出一个面积大于等于1的正方形
但是这个方法浪费挺多,4是个比较上限的值
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: rt,证明或否定,总面积大于3的有限个正方形一定能覆盖单位正方形
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修改:littlestone9 FROM 117.107.131.*
FROM 117.107.131.*
大概明白了,
1.如果只有3个正方形,肯定可以,因为必有一个正方形面积大于,这1个就覆盖了
2.如果只有4个正方形,摆法为每个正方形摆一个角,设4个正方形边长分别为a1、a2、a3、a4,且1>a1>=a2>=a3>=a4(a1>=1的话,a1自己就覆盖了),可以证明a3+a4>=1,也就是最小的2个正方形也可以覆盖一条边。
证法为:
假设a3+a4<1,则(a3+a4)^2<1,所以a3^2+a4^2<1,又由于4个正方形面积和>3,所以a1和a2的面积和>2,则a1^2>1,矛盾。
3.如果只有5个正方形,同样可以证明a3+a4>=1,因为(a3+a4)^2=a3^2+a4^2+2*a3*a4,而a5^2<=a3*a4,所以a5其实没有用
4.如果只有6个正方形,a5^2+a6^2<=2*a3*a4,所以a6其实也没用
5.关键的一步,7个正方形,此时可以先用a4至a7拼成一个正方形。此时有2种可能,一种是a6+a7>a4,拼出来的正方形边长是a6+a7,此时看成是a1,a2,a3,(a6+a7),其中a1,a2,a3也可能小于a6+a7,总之这4个正方形按照大小顺序排列,可以证明最小的2个加起来>=1。另一种可能是a6+a7<=a4,也就是a5,a6,a7都没啥用,也可以证明a3+a4>=1。(这步写的比较粗略,思考过程有点长)
6.扩展到更多正方形,具体拼法是把所有正方形中最小的4个拿出来拼,然后用拼出来正方形再跟其他正方形排序,再用最小的4个去拼,一直重复此步骤,直到还剩4个正方形,最后可以证明这4个正方形中最小的2个边长加起来>=1。(这步还没有细想,感觉应该可以)
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: rt,证明或否定,总面积大于3的有限个正方形一定能覆盖单位正方形
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FROM 117.107.131.*
细节还得想想,也可能整体是错的,权当抛砖引玉
【 在 here080 的大作中提到: 】
: 看起来不错。数学归纳的思路感觉很有戏。
: 可能需要把原命题加强?
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FROM 111.192.96.*
完整证明来了。
前提说明1:下面的A1,A2,A3...An,都是正方形的边长,且按照大小排了序,也就是A1>=A2>=A3...
前提说明2:具体操作方法是,如果正方形个数n为4,7,10,13...,则用最小的4个正方形An,An-1,An-2,An-3去拼一个更大的正方形,4个正方形放4个角,如果An+An-1>An-3,则拼出来的更大正方形边长为An+An-1,否则,拼出来的其实就是An-3。拼出来的正方形放到原来的队列里去排序,再重复这个步骤,一直到最后拼成1个正方形。
如果n不是4,7,10,13...,则忽略掉多余的最小的1个到2个正方形,然后用上面的方法操作,比如n为9,则把A8和A9忽略掉,只用前7个去拼。
按这个方法操作最后拼出来的正方形面积一定大于1,下面是证明过程:
1.首先证明只有4个正方形A1,A2,A3,A4时没问题(证明过程略)
2.然后证明6个正方形也没问题(包含了5个情况),且只需要用到前4个,A5和A6可以忽略(证明过程略)
3.分析第2步的结论,因为A5和A6可忽略,且A5和A6最大也就是都等于A4。也就是说对于任意4个正方形,有此结轮:当4个正方形总面积>3-A4面积x2时,可以用这4个正方形拼成一个面积大于1的正方形。下面要证明的是对于n=7,10,13...时,也有这个结论:总面积>3-最小正方形面积x2时,可以拼出面积大于1的正方形。
4.使用数学归纳法,假设An成立,证明An+3也成立。
只需要分析第一次拼的结果就可以了,An+3时,正方形个数为An+3或An+4或An+5,都是用An,An+1,An+2,An+3,这4个正方形去拼,An+4和An+5忽略
如果An+2 + An+3<=An,则实际拼出的正方形就是An,此时所剩正方形是A1,A2,...An,忽略掉的部分为An+1,An+2...An+5,很容易证明,这5个正方形的面积和是小于An面积x2的,因此结论成立;
如果An+2 + An+3>An,则拼出来的正方形边长为An+2 + An+3,此时,最小所剩的n个正方形中最小正方形边长为An-1或An+2 + An+3,不管哪个都是大于等于An的,而忽略掉的面积为An,An+1,An+2,An+3,An+4,An+5,6个正方形面积和减去留下的正方形面积(An+2 + An+3)^2,这个忽略部分的面积也很容易看出来是小于An面积x2的,因此结论也成立。
以上证明完毕
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: rt,证明或否定,总面积大于3的有限个正方形一定能覆盖单位正方形
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FROM 117.107.131.*
细节部分又想了想,操作方法也有微小改动,最后都想清楚了
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: 感觉也有可能是对的,这个方法和我所知道的方法在手法上有一点点相似
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FROM 117.107.131.*
果然你说的2点都用到了,数据归纳法,并且把原命题加强了一些
【 在 here080 的大作中提到: 】
: 看起来不错。数学归纳的思路感觉很有戏。
: 可能需要把原命题加强?
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FROM 117.107.131.*
还是这个方法更直接,也好理解
【 在 liushuoshu 的大作中提到: 】
: 参考方案
: 只需讨论所有正方形边长均<1的情形
: 将正方形从大到小排列,让它们的上边缘对齐到一条水平线上
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FROM 117.107.131.*