最酷的證明 Pick定理另類證法

2021-05-10 07:52:15 字數 622 閱讀 9678

難以想像,一段小小的證明竟然能比乙個瘦小的留著長頭髮穿黑色短袖t恤緊身牛仔褲邊跳邊彈結他的mm還要酷。原來一直以為這個證明已經很酷了,現在顯然我已經找到了乙個更酷的證明。

pick定理是說,假設平面上有乙個頂點全在格點上的多邊形p,那麼其面積s(p)應該等於i+b/2-1,其中i為多邊形內部所含的格點數,b是多邊形邊界上的格點數。絕大多數證明都是用割補的辦法重新拼拆多邊形。這裡,我們來看乙個另類的證明。

假設整個平面是乙個無窮大的鐵板;在0時間,每個格點上都有乙個單位的熱量。經過無窮長時間的傳導後,最終這些熱量將以單位密度均勻地分布在整個鐵板上。下面我們試著求多邊形p內的熱量。考慮多邊形的每一條線段e:它的兩個端點均在格點上,因此線段e的中點是整個平面格點的對稱中心,因而流經該線段的熱量收支平衡(這半邊進來了多少那半邊就出去了多少),即出入該線段的熱量總和實際為0。我們立即看到,p的熱量其實完全來自於它自身內部的i個格點(的全部熱量),以及邊界上的b個格點(各自在某一角度範圍內傳出的熱量)。邊界上的b個點形成了乙個內角和為(b-2)*180的b邊形,從這b個點流入p的熱量為(b-2)*180/360 = (b-2)/2 = b/2-1。在再加上i個內部格點,於是s(p)=i+b/2-1。

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