n個直線 平面 折線能把平面 空間分成幾部分?

2021-10-06 08:08:58 字數 1179 閱讀 4532

首先考慮 n條直線最多把平面分成an部分

於是a0=1 a1=2 a2=4

對於已經有n條直線 將平面分成了最多的an塊

那麼加一條直線 他最多與前n條直線有n個交點 於是被它穿過的區域都被一分為二 那麼增加的區域數就是穿過的區域

數 也就是這條直線自身被分成的段數 就是n+1 故 a(n+1) = an+n+1

an = n+(n-1)+…+2+a1 = n(n+1)/2 +1

設n個平面最多把空間分成bn個部分

於是b0=1 b1=2 b2=4

對於已經有n個平面 將空間分成了最多的bn塊

那麼加入乙個平面 它最多與每個平面相交 在它的上面就會得到至多n條交線

同時被它穿過的空間區域也被它一分為二 那麼增加的區域數仍舊是它穿過的區域數 也就是這個平面自身被直線分割

成的塊數 就是an

於是b(n+1)=bn+an

bn=a(n-1)+b(n-1)=…=a(n-1)+a(n-2)+…+a1+b1

=(n-1)n/2 +(n-2)(n-1)/2+…+1*(1+1)/2+n+2

=求和[1方到(n-1)方]/2 + 求和[1到(n-1)]/2 +n+1

=n(n-1)(2n-1)/12 +n(n-1)/4 +n+1

=n(n+1)(n-1)/6 +n+1

=(n^3+5n+6)/6

由上所述,直接可以得到公式:

an = (n*(n+1)/2+1) * (n^3+5n+6)/6

= (n^5+n^4+7*n^3+11*n^2+16*n)/12+1

根據直線分平面可知,由交點決定了射線和線段的條數,進而決定了新增的區域數。當n-1條折線時,區域數為f(n-1)。為了使增加的區域最多,則折線的兩邊的線段要和n-1條折線的邊,即2*(n-1)條線段相交。那麼新增的線段數為4*(n-1),射線數為2。但要注意的是,折線本身相鄰的兩線段只能增加乙個區域。

故:

f(n)=f(n-1)+4(n-1)+2-1

=f(n-1)+4(n-1)+1

=f(n-2)+4(n-2)+4(n-1)+2

……=f(1)+4+4*2+……+4(n-1)+(n-1)

=2n^2-n+1

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