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[闲聊] 从一道难题想起

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发表于 2007-1-30 17:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
从一道难题想起
$ p5 w7 s4 C" K, `) P# r
3 o( N4 e9 Z3 a上次在论坛上看到这样一道题,就是画下面这个图形,不知是哪位大师想出来的,的确是高深。虽然朋友们解决的办法不少,但总令人不太满意。我想了想,非常惭愧,没想出答案来,不知最近可有朋友解答出来呢,盼告。

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 楼主| 发表于 2007-1-30 17:34 | 显示全部楼层
虽然没做出来,但我想想说说自己的一点看法,供有兴趣的朋友参与。这道题目中的三角形按图上的数据的确是客观存在的,是直角三角形无疑。这道题目之所以难,其实质是要解“一元四次”方程,如图所示,设直角边长度为X,则其实质要转换成解答这样一个方程:
$ I, g7 y# v/ ~  H6 E; ^% D, A7 K' {' j% \
X*X*X*X-14*X*X*X-70*X*X-350*X+1225=06 O; A1 Z* n2 ~

+ B7 y3 H1 g2 z: w- U+ h: B这个才是直角边长度的精确值,从理论上来说,一元四次有求根公式是可以解出来的,但说实话,还没见有谁真正这样解过方程,因为太复杂了,我虽在书上查到有一元四次方程的求根公式,但却无法做出来,因为不象是一元二次方程一样直接可求解的,需要转几个弯。而且解答出来的是相当的根号在里面,用它作为画图的依据也是不容易的。6 _$ q4 |( U+ }: Q. c0 u

3 C7 P: G1 w+ M' h: x1 r但是,这样也提供了另一种画这个三角形间接办法,即算出这个长度直接画图就可以。虽然不是直接靠直线与圆做出来的,但也算一种办法。因为一元四次方程有4个根,我算得是X1=2.492434229……, X2= 18.588090869……,经判断X2符合题意,即三角形的直边是18.588090869……,用这个长度作出的图形,是可以满足题目的要求的,大家试试就知道了。0 X) M# x  {0 }/ c# u
  F6 a( a* S( C# z$ E" d; [
因为
5 {6 Q4 L( @8 c' a' n一元四次方程有4个根(含虚根),我不是直接求解的,而是借助于EXCEL来算的,还有可以满足条件的答案就未知了。4 j' q0 m- K% \7 F* v' R# z: h5 u
- z$ {7 h$ R% }4 W( o
如果要说就这样就完了,心中不免有点遗憾,总觉得这种办法太牵强。难道想不出完全用CAD作图办法来解决的吗?想了一阵,智力有限,仍然不明白。不过我倒有个“灵感”来了,这个问题反过来一想,不就是说如果此题真的可以完全用CAD作图办法找到精确答案的话,不就说可以用CAD作图来求一元四次方程的根吗?
, C( J: t7 \0 E! P4 w1 C+ z4 A  [# ~7 }4 I
再想一想,如果一元四次方程的根不能靠作图的方法求解,那么这道题可以宣布其死刑了,不能只靠作图的办法求得。大家也不是在这上面耽误功夫了。能否有这样的结论,本人学历太拙,望请论坛上知道的朋友说说,就是方程的根能不能由作图求得。
' W& X0 X, ?7 O+ s% _
9 v3 e( B6 r1 Q- j近期我都在想这个问题,“方程的根能不能由作图求得”,至今进展很小,所以这次提出来的目的是要请朋友都来研究。% {5 j1 V( A& b9 d- ^+ F6 F

3 \( i  T! W' e# h$ X* a我目前想出了,已知一元二次方程ax^2+bx+c=0的三个系数是可以用CAD画出根来的。" B+ M1 E0 v9 T) h  `0 c
下面我讲解我所想到的土办法。$ c9 I3 v" }) N5 i1 \
% a3 Y6 {) Q/ Q# Z
! Y# j# A' y% @" ~* E7 ~5 _
首先,作些约定:数值用线段表示,长度即为数值,负数同样,涂上另一种颜色区别。借助数轴。以下的a与b与c都≥0。" T. V  `+ k; b( h6 |1 ?' x
; K2 a0 o6 i+ s# j0 E
[定义]
" _+ U: G; o5 [4 O; e3 ]整数乘以a,就是阵列常数个a。
. l# t: x, h7 B8 Ba除以整数,就是将直线段a用点平分成“整数”段。
; f. L; ]5 K7 a5 T9 ia+b就是画出线段a再接着画出b,a的起点到b的终点就是他们的和。! Q! G3 U. |3 _  f- H
a-b就是画出线段a再接着反向画出b,a的起点到b的终点就是他们的差。/ g, m# f0 i  x7 T* i% ]
a*b即画个矩形,边长为a和b。+ u6 W* o1 H/ Q$ U$ o7 Q% @
a/b画矩形用“面积”,面积=a,一条边长为b,则画出后的另一条边长就是a/b。
3 T1 `8 P$ [1 B* {4 L' k0 v! E+ @  o& e/ n: l! r/ x. H
a的n次方,包括多个数连乘的积,在图上只能逐步进行,比如说a*b*c,先算出a*b的面积值,查询后用这个值为新的一个边长,再乘上c。
; N# S! D3 {. `# ^其余仿此定义。
: a1 G, c* g: T- V8 l  j, o: s9 _8 F0 n
[步骤]/ Y8 J' A# Z$ o& h. w1 Z
1、已知a与b与c的长度,分别画三条直线段,为负值的涂上另种颜色醒目。
: x$ z. l9 r" d9 z/ @$ d$ h2、画一矩形[甲](正方形),两个边长捕捉b的长度;
' K5 L, r8 x! t8 e  e3、画一矩形[乙],边长为捕捉a的长度的4倍,另一边捕捉c的长度;
' w1 l" c/ t" r. ^  f7 m: W4、将矩形乙化成正方形[丙],任意一个长方形变正方形的方法在后面。& Z- O1 l$ x2 I: b+ O6 x
5、观察a与c的正负,以确定[丙]的正负,这是要分三种情况:①②9 r( e# b6 d! Z# A1 u) b
①如果[丙]为正,则把[丙]移动到[甲]上,则[甲]上面除了[丙]剩下的“L”形部分是要求解的部分,这也一部分也可以另用多段线捕捉“L”形上各点另画一个。如何把“L”形转换成正方形[丁]呢,方法在后面。4 \( O1 [  }# ]9 Q
6 v  Y  v* w% N) I3 Y, w
②如果[丙]为负,则把[丙]移动到[甲]边上,靠住[甲]的一个角点,此时总的图也是
4 h! A) X2 y6 W! s$ ^“L”形的,然后把它用上面方法,化成正方形[丁]。1 g9 M0 n. H0 M' U; _
③如果[丙]为正,则把[丙]移动到[甲]上时,[丙]比[甲]大时,则方程无解。- }  R5 q( C! E0 H6 v$ K
6、另作直线段d,长度捕捉正方形[丁]的对角线。. N: G& k8 `% A8 `2 |0 L& e
7、剩下的工作大致就清楚了,用(-b±d)/2a,具体做法参见定义的方法。
% i# i- b0 C& y( Z
6 e* G, x, D0 o4 q上面方法,再菜的人都能看出是就按一元二次方程求根公式来执行的,整个过程完全可以靠作图求得。这种方法是不是用CAD作图求一元二次方程最简单的方法,我也不知道,如果你有兴趣不妨来优化一下吧。
1 g' h2 c" Z3 s2 |9 Y9 |
% W5 Z- c$ M. V9 z( X如何用CAD作图求一元三次方程或者是求一元四次方程,的确是摆在面前的难题了,因为平常求这样方程从未涉及过,太费脑子了,所以请朋友们来想想。
. E/ {# L! j& `5 I) w5 F
" @0 S3 U) D- X回到最初这道题目,我的构思是,将已知的长度5、7、12,分别用直线段画好,然后转换成一元四次方程,然后再慢慢按求根公式作图求解。如果纯粹是从过程上来讲的话,我想是可以实现精确求解的,但想一想感觉这是个“海量”的工作。
) I. L, p4 ]9 s+ b. K% E2 f3 d2 W' N. ~3 W1 n; A
如何更优化地进行呢?这是摆在眼前的难题,有一点是确定的,光靠东试一下西试一下,是求不出精确的值的,因为这是一元四次方程的一个根。7 @- w0 y& J( C/ Z

- C  V5 A: y6 t* d9 u! n, e[附]长方形变正方形的方法(即面积相等)
: x8 N0 @5 Y3 O7 u) T. e; [$ v/ c- k' `* o3 E. e
1.在长方形ABCD一角点B上作辅助线,如图:$ u/ }) M" Z; `. A  o
2.以该角点为圆心,短边为半径画圆,交直线于O点;& ?/ ]5 W5 W, H9 F
3.以A和O点为直径画圆(可用2点圆命令),交垂直直线于B点;" V% w' M- l+ h5 ]3 Y; L) ^; s3 Q$ o
4.则BP就是所要作的正方形的边长,如图中绿色正方形面积等于红色长方形。: v2 K! l. r# h% v. Z+ P  g0 `
3 D6 ~* F4 ^! I) y: f
[附]“L”形形变长方形的方法(即面积相等)' v" y* A, A, R' y- M8 D
) ^/ P  U+ ]! e" M9 H2 M

1 [+ q9 b0 k( N2 I; H. S9 |1.将“L”形分成两个长方形,自己选择一种分割办法就可以;
# _: I8 M" j% l# x0 {& Y# R2.然后把这两个长方形用上面的方法,分另画成两个正方形;* f$ g: a+ ?: v# q: |+ [& _3 I
3.利用勾股定理,即以这两个正方形的边长为直角的两条边,则斜边就是所要求的正方形的一条边长;
$ f& `  L: R0 Y4 Y8 i: I: A4.呵呵,这就是勾股定理的一个简单运用,将“L”形变成了一个正方形。

评分

1

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发表于 2007-1-30 17:46 | 显示全部楼层
写的真好,这个题目是我从别的的地方转过来的。确实应该是个直角三角形,而且确实存在这样一个图形。
发表于 2007-1-30 21:47 | 显示全部楼层
天啊 看的我一塌糊涂啊 晕头转向) P3 J6 d$ p& X3 d9 s; u4 K
5 F% q- o+ Q6 C) I
不过确实厉害
发表于 2007-1-30 23:41 | 显示全部楼层

回复 #2 xsbf 的帖子

用CAD做四则运算很简单,不用画面积.A*B运算如图:4 u4 }# J& I, U2 {0 i
A/B反之.
# m( |3 V- l9 p: d! A8 G- t* g& g3 G7 w4 P! E: t0 K  F, ?% h+ v
[ 本帖最后由 zzzzzzzzzz 于 2007-1-31 00:02 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2007-1-31 09:36 | 显示全部楼层
因为是刚想这个问题,自然相当多的东西我是想不到的。
) u' I7 o" x9 ~1 v1 V. J8 t0 b. ~4 d& i0 @& |6 Z
补昨天少发的一张图

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发表于 2007-1-31 10:31 | 显示全部楼层
用CAD开平方也很简单.大家想想.
 楼主| 发表于 2007-1-31 10:40 | 显示全部楼层
开方,我是构造一个正方形然后找边长。5 i) Q- Z, M0 n8 \0 V" H. s

  E% I: o9 y: S) z' Q因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。' ^8 i% t9 a1 H; B0 X+ H' g1 w
比如,我相 如何算 整数N与线段的长度,上面的是一种基本方法,还可以先画个 N正多边形,边长为线段的长度,最后查周长就可以了。
! B, r/ ]/ Q9 W& j/ Y' i7 S. U# z7 i3 S! C9 |
下面先提供方程的公式

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 楼主| 发表于 2007-1-31 10:51 | 显示全部楼层
一元四次方程

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发表于 2007-1-31 11:16 | 显示全部楼层

回复 #6 xsbf 的帖子

补个证明.

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发表于 2007-1-31 11:32 | 显示全部楼层
原帖由 xsbf 于 2007-1-31 10:40 发表
. T) b% D2 q; ]: A1 a7 d开方,我是构造一个正方形然后找边长。7 M6 o' [; s# T$ o5 S

; M3 Z- t" d& m2 ]因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。  g3 U7 ?4 a/ u- c
比如,我相 如何算 整数N与线段的长度,上面的是一种基本方法,还可以先画个 N正多边形,边长为线段的长 ...
, k$ z( f% O7 \" i3 T) C& y
开平方运算.供参考.
+ \/ P( X1 W0 U# Z, T/ Y/ b- p4 ^
[ 本帖最后由 zzzzzzzzzz 于 2007-1-31 15:26 编辑 ]

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发表于 2007-3-12 10:55 | 显示全部楼层
我也画过不少几何图形,通常这种题是不需要用代数的方法来解决的,思考中!
发表于 2007-3-14 20:32 | 显示全部楼层
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
发表于 2009-2-21 11:14 | 显示全部楼层

回复 #2 xsbf 的帖子

这难道就是传说中的天书
发表于 2009-2-21 13:16 | 显示全部楼层
不知有没有人用这种方法?
* E2 F, R, |9 m% N' T: `迭代的方法* i, P" Q# f* {6 a+ v+ g
一步步往目标靠近,用几何画最好,用代数方法求解也不算难,起码不用求解四次方程

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