直線分割平面問題(數學歸納法)

2021-07-13 18:50:52 字數 1066 閱讀 3617

試問平面上

n 條彼此相交而無三者共點的直線能夠把平面分割成多少部分?

我們先從簡單的事實出發,設平面分為 sn

部分,由觀察發現:s1

=1+1

s2=1

+1+2

s3=1

+1+2

+3以此類推,便可猜想得到: sn

=1+1

+2+⋯

+n=1

+n(n

+1)2

或者: sn

=sn−

1+n=

s1+2

+3+⋯

+n=2

+2+3

+⋯+n

=1+1

+2+⋯

+n=1

+n(n

+1)2

下面我們使用數學歸納法的思想進行證明,其實是證明在 sn

=1+n

(n+1

)2成立的前提下,sn

+1是否也符合這一等式,也即 sn

+1=1

+(n+

1)(n

+2)2

這裡,我們需要明白乙個基本結論,如果當前有 n 條直線,新增加一條直線(第 n+1 條直線),可以多出來 n 個交點(新的直線和之前所有的直線都有交點),而多出來 n 個交點對應到可以多出 n+1 個平面(比如從兩條線,又新增一條線時,新的線和兩條線都相交,作用在三個區域上,對這三個區域切分,增加三個平面)。

也即:sn+

1=sn

+(n+

1)=1

+(n+

1)(n

+2)2

如此建立的是一種遞迴證明

同樣我們還可以這樣問,每次切分不被改變的區域有多少個?

以下三元組中的每乙個元素,分別表示,線段的個數,分割的區域數,以及未受到本次切分影響的區域

未受到影響的區域為:sn

−1−n

=1+n

(n−1

)2−n

=(n−

1)(n

−2)2

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