n個平面最多將球體分成幾份最好有推導公式

2021-03-17 09:41:59 字數 924 閱讀 8084

1樓:潛在淵飛在天

《普通解法》

理論上空間中的每個平面,都可以與其不平行的平面相交,而第n次相交可以使原來的分割數增加n個。所以1、2、3、4、……n個平面,最多可以把空間分割數為:

2、(2+2)、(2+2+3)、(2+2+3+4)、(2+2+3+4+5)……a(n-1)+n

所以n個平面最多能分為:

an=2+2+3+4+5+……+n=1+n(n-1)/2

《多維空間解法》

將多維的問題降維思考是乙個有效的思維方法,例如在討論閉合的宇宙是將宇宙降維為球表面,我們都是球面上的二維扁片人,就好理解多了。

在上中學的時候,老師給我們參加數學競賽的人隨口提了這個問題,讓我們回頭想想怎麼解,剛開始找不到切入點。後來我想到降維思考可能是乙個突破口,後來一算,還真是。看到大家討論空間的問題就想起這個問題了。

設空間中的n個平面最多將空間分割成f(n)部分。

那麼引入另外乙個函式f(m):平面上的m條直線最多將平面分割成f(m)部分。

可以想象,f(n)=f(n-1)+f(n-1).解釋:n-1個平面已經將空間最多分割成了f(n-1)部分,那麼第n個平面與這n-1個平面最多有n-1條相交線。

因此第n平面最多被分割成f(n-1)部分,那麼由於第n平面的加入,空間被多分割出f(n-1)部分。

那麼f(m)等於什麼呢?如果平面上有m-1條直線將平面最多分割成f(m-1)部分,那麼第m條直線最多與其餘m-1條直線有m-1個交點,因此由於第m條直線的加入最多使這個平面被多分割出m部分,因此f(m)=f(m-1)+m。f(1)=2.

不難算出f(m)=1+m*(m+1)/2;故f(n-1)=1+n*(n-1)/2。

因此f(n)=f(n-1)+1+n*(n-1)/2;f(1)=2.

因此可以得到:f(n)=1/2*(1^2+2^2+...+n^2)-(n+1)*(n-4)/4

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