(3)设三角形三边为a>b ≥ c, a对的角为钝角,于是
a² > b² + c²
首先要指出一个事实:当三角形两边之和固定时,差越小,面积越大。
不妨假设a,b,c使得三角形面积最大(由于是整数,只有有限种情况,最大一定存在。若非整数,最大值也是存在的,不过要用到高等数学的知识)
如果b > c+1,那么:
a² > b² + c² > (b-1)² + (c+1)²,但由a, b-1, c+1组成的钝角三角形面积更大,矛盾。
所以b = c或b = c+1
下面考虑a-1, b, c+1,由于它肯定不是面积最大的钝角三角形,所以
(a-1)² ≤ b² + (c+1)²
于是a² - b² - c² ≤ 2(a+c) ....... (*)
事实上,只要a,b,c满足b = c或b = c+1,,a² - (b² + c²) > 0 且最小,一定满足上述条件,且是唯一的一组(a,b,c)。此即为所求。
唯一性与存在性:设f(a,b,c) = a² - (b² + c²)。b和c的地位可看作是对称的,只是至多相差1,约束条件是a+b+c=定值。
如果 f(a,b,c) > 2(a+c),考虑f(a-1,b, c+1) = f(a,b,c) - 2(a+c),显然更小。而最小值总是存在的(正整数不能无穷减少)
唯一性:由上面可以看出,取得最小值的(a,b,c)稍微变一下,就不满足条件(*)。而取到最小值的(a,b,c)是唯一的。
下面求解a+b+c = 2013时的最小值。
大概是个等腰直角三角形,用2013/(2+√2)试一下,b大概在590附近,
f(833,590,590) = -2311,
f(834,590,589) = 535
所以834,590,589是最小的解。至于面积,用海伦公式算就可以了
追问
(1)二种取法是等价的。即从x1,y1的分布可以推出x,y的分布,但x1,y1是独立的,而x,y不是
证明涉及随机变量的替换。(x1,y1)是[0,1]*[0,1]上的均匀分布,分x1y1两种情况(都是一样的).x1 0, y>0, z>0, x+y+z=1}这个三角形上考虑均匀分布,这里问题是完全对称的。我相当于在xoy平面上做的投影,因为总要变成平面上的问题才能计算。你也看到,我选取的那个双曲线和直线夹的区域是比较好算的,至少双曲线的方程变量是容易分离的。其余两块也是双曲线,不过不是标准的形式,积分不好操作。
(3)你可以借助椭圆来思考。固定一边的三角相当于椭圆的焦三角形。由于底一定,所以高越大,面积越大。当然还有其它方法,像海伦公式中用均值不等式:p(p-a)(p-b)(p-c) 0,其最小的正值是多少。这更偏向于一个数论的问题。对于(5)其实对于充分大的L,肯定是存在的。分类:
L = 4m, f(2m-1, m, m+1) = 2m² - 6m>0,当m>3
L = 4m+1, f(2m, m, m+1) = 2m² - 2m -1 > 0,当m > 1
L = 4m+2, f(2m,m+1, m+1) = 2m² - 4m - 2 > 0,当m > 2
L = 4m+3, f(2m+1, m+1, m+1) = 2m² - 1 > 0,当m > 0
其实这个函数的最大值一看便知,如上。8,10,12是仅有的三个例外。
对于(6),事实上是求a:b:c类似最接近于√2 : 1 : 1。由于√2是个无理数,直觉上觉得解的表达会和√2的连分数展开有一些联系,像pell方程之类的,但我没时间就这一问题深入下去,你有兴趣就想想吧,应该是数论的范畴。表达式就算写出来,也不便于使用(会很复杂),所以给定具体数字,调整一下是最好不过了。
对,我最后是写错了。
关于(1)的严格证明,涉及到大学概率论中的随机变量的替换,和微积分中的变量替换的Jacobi行列式差不多。我想你以后会接触得到的。
(6)你的想法也是对的。我只不过把最大值直接看出来罢了(就是一个尽量接近于a = b+c的三角形)
下面是详细解答:
(1) 1/4=25%。
设左线段长L1,右线段长L2。则概率密度在0<L1,0<L2,L1+L2<1的(L1,L2)空间里均匀分布,就是图里的黑线区域。
下图左边的三根红线围成的区域就是(1)的区域:L1=1/2,L2=1/2,L1+L2=1/2。容易求出面积=1/8,故概率=(1/8)/(1/2)=1/4。
(2) 12×ln(2)-8。
下图右边的三根红线围成的区域就是(2)的区域:L1²+L2²=(1-L1-L2)²,L1²+(1-L1-L2)²=L2²,L2²+(1-L1-L2)²=L1²,积分一下(过程有点琐碎,不过确实都是可以积分的)可以得到3×ln(2)-2这个值。然后把这个值除以1/4(第一题的答案),就是最终的解。
(3) 面积约17375,边长为589,590和834。
总之,就是越接近1:1:√2,就行了,三边长为589,590和834。面积代个海伦公式就完了。
(1)和(2)已经用编程里的蒙特卡罗方法验证过,(3)用编程里的穷举法也验证过,答案应该都是对的。
追问恩,你的结果是正确的
我之前用两个[0.1]上的均允分布计算,左上部分面积是3/2*ln2-1
根据对称性,总的为3ln2-2,再除1/4
随机方法1)试了,2)没试
3)用lingo解了一下:
L=2013;
a+b+c=L;
a^2-b^2-c^2>=1;
a^2-b^2-c^2<=2*(a+c);
a>=b+1;
b>=c;
b<=c+1;
b+c>=a+1;
@gin(a);
@gin(b);
@gin(c);
"C点必须在BD中点的左侧"
没说CD一定要大于BC
第三题给个结果