• 关于直线、折线分割平面,平面的分割空间问题


    (1) n条直线最多分平面问题

           题目大致如:n条直线,最多可以把平面分为多少个区域。

           析:可能你以前就见过这题目,这充其量是一道初中的思考题。但一个类型的题目还是从简单的入手,才容易发现规律。当有n-1条直线时,平面最多被分成了f(n-1)个区域。则第n条直线要是切成的区域数最多,就必须与每条直线相交且不能有同一交点。 这样就会得到n-1个交点。这些交点将第n条直线分为2条射线和n-2条线断。而每条射线和线断将以有的区域一分为二。这样就多出了2+(n-2)个区域。

              故:f(n)=f(n-1)+n

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

                           ……

                           =f(1)+1+2+……+n

                           =n(n+1)/2+1

     

             (2) 折线分平面(hdu2050)

            根据直线分平面可知,由交点决定了射线和线段的条数,进而决定了新增的区域数。当n-1条折线时,区域数为f(n-1)。为了使增加的区域最多,则折线的两边的线段要和n-1条折线的边,即2*(n-1)条线段相交。那么新增的线段数为4*(n-1),射线数为2。但要注意的是,折线本身相邻的两线段只能增加一个区域。

           

            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

          (3) 封闭曲线分平面问题

           题目大致如设有n条封闭曲线画在平面上,而任何两条封闭曲线恰好相交于两点,且任何三条封闭曲线不相交于同一点,问这些封闭曲线把平面分割成的区域个数。

            析:当n-1个圆时,区域数为f(n-1).那么第n个圆就必须与前n-1个圆相交,则第n个圆被分为2(n-1)段线段,增加了2(n-1)个区域。

      

                  故: f(n)=f(n-1)+2(n-1)     

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

                                  =n^2-n+2

               (4)平面分割空间问题(hdu1290)

               由二维的分割问题可知,平面分割与线之间的交点有关,即交点决定射线和线段的条数,从而决定新增的区域数。试想在三维中则是否与平面的交线有关呢?当有n-1个平面时,分割的空间数为f(n-1)。要有最多的空间数,则第n个平面需与前n-1个平面相交,且不能有共同的交线。即最多有n-1 条交线。而这n-1条交线把第n个平面最多分割成g(n-1)个区域。(g(n)为(1)中的直线分平面的个数 )此平面将原有的空间一分为二,则最多增加g(n-1)个空间。

             

             故:f=f(n-1)+g(n-1)     ps:g(n)=n(n+1)/2+1

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

                        ……

                       =f(1)+g(1)+g(2)+……+g(n-1)

                      =2+(1*2+2*3+3*4+……+(n-1)n)/2+(n-1)

                      =(1+2^2+3^2+4^2+……+n^2-1-2-3-……-n )/2+n+1

                     =(n^3+5n)/6+1

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