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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. A  z) N) Y" `( w

! W0 U1 o5 h0 _7 ]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:
5 |3 S! W* K( V2 p6 h
( x! D$ y: v) J7 a* J6 i( TX*X*X*X-14*X*X*X-70*X*X-350*X+1225=0
4 L( U, e. k8 S) L  r8 J0 z$ V
( G* b! T" g  {, M/ J6 ]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 }& I0 s0 ?: D
9 v3 m1 r7 L7 a% U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。+ z( {% K$ z$ V

% C- j8 `" H/ s6 ~! O因为! p  C; _4 {" F- m$ g0 {
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。+ E4 E7 o% K, Z: I$ F7 n; y% e

+ u, j4 Q+ b0 A, G( }: H8 D4 I/ W2 b# z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?2 \3 b; Y- F( w+ Q1 s: t

: h9 U. H  v( V) y. \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。
2 M# h7 y; O( M  j! _
8 r% }5 p9 j' i/ g2 Z6 p% I- a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。& b, J. a9 N$ u* {( {1 }

8 U4 r5 ?+ l; _+ R: y$ q6 @  U. ^& D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。
0 x. m4 \2 M' N& q下面我讲解我所想到的土办法。
6 a9 |  O! X2 C3 c+ c# K9 t4 i) F7 w" m% |+ k. Q
$ v, D1 p8 I; Q% R
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。
* a, s1 s) V& P- W. Z1 ?+ A
- M8 l% l5 b  F2 `' Q[定义]0 N& J  R8 \+ q
整数乘以a,就是阵列常数个a。
6 c* e& W/ |) g1 J( ^- ra除以整数,就是将直线段a用点平分成“整数”段。
2 I5 F% G- X8 Y2 i* I2 K7 K' Fa+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。8 ]8 W( Z3 C( m6 z7 E; P- n/ }5 `1 [
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。
( w3 w! u. o% a$ r2 z4 S- X3 Ia*b即画个矩形,边长为a和b。
; e9 M3 I& Z( ]% x& y0 |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。( H' _9 \* w5 \" O' D" u
' v! j% B! I" Z) l
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。
- H; R7 \1 f) n! X  }$ \% O# ^5 G其余仿此定义。
1 Q% ~3 ~& i# j/ ]  n! P0 p+ Z& P) Q8 G6 |4 z" p
[步骤]- [$ o, u7 o0 N; C! K5 O' e" Q
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。
: h; y" v6 b( b2 R0 }( N2 ~2、画一矩形[甲](正方形),两个边长捕捉b的长度;
* }; Y# W( H! n( v- c- M3、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;. }6 `! S3 k2 {: C" Q
4、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。) k+ b$ R) H1 j: R! D. i7 W
5、观察a与c的正负,以确定[丙]的正负,这是要分三种情况:①②
! {0 Y' J& c; ?' g①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。* [" S3 F1 u* \$ t; B. X6 j6 m( P
/ q5 e+ s' g9 ?% ~
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; S% a/ U: X2 \2 x, {3 q  J* k% W. H
“L”形的,然后把它用上面方法,化成正方形[丁]。
+ o# m5 h/ v5 ^; S6 N& D③如果[丙]为正,则把[丙]移动到[甲]上时,[丙]比[甲]大时,则方程无解。# x# E* ], w9 z' e% U
6、另作直线段d,长度捕捉正方形[丁]的对角线。
/ {3 L- R( n( q; ^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。
9 I- R6 l$ q- z# z, `$ e/ `
1 L8 z8 Q3 F$ L5 \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。
/ Y. y1 N, S# z1 t: n2 U# I) J9 v; ?& W, L( ?& g0 @
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。1 l: B5 G( X0 o) K

5 C& Q+ C& p4 G" E) z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。5 Z4 }9 {: r( l; B3 i# H  W

  R$ c0 i4 a8 L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。
+ n, x" E! B. k  R2 G
! C1 m8 t! X/ j- j' n2 ?[附]长方形变正方形的方法(即面积相等): A+ ]8 Q0 _+ }  p; L$ ~
0 `) r. i9 j) R& f+ y
1.在长方形ABCD一角点B上作辅助线,如图:/ F- R" H* K8 m: L" k5 k. {
2.以该角点为圆心,短边为半径画圆,交直线于O点;
2 b  o9 |. q" m3.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# O" |4 }  `& `$ T
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。
7 ?) f0 F; J( ?1 Z3 t1 j
( U1 i/ c1 v/ }( l/ m/ Z[附]“L”形形变长方形的方法(即面积相等)
/ E" r4 g$ b; u6 r/ I) A; m) j7 d$ ?* X+ w4 U$ w! t8 n- z! k

, U. ]! h, \  g, i/ ?' v0 s% C& c1.将“L”形分成两个长方形,自己选择一种分割办法就可以;
5 s4 _& N/ ]% m2.然后把这两个长方形用上面的方法,分另画成两个正方形;. E) e: ~8 K; E0 q# }7 |
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;
. g4 Y  m+ w5 [. v+ }4 ^+ s8 Y4.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
2 |( o; X9 R1 C4 H* C! y- H2 m7 p- K; ?1 e: z* b$ Y+ @+ p
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:, b; R- _; N; C4 a1 z7 x
A/B反之.
* t5 x+ w; e0 x4 ]# r! m$ _: s& W% H; S& p
[ 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。
: y6 O% G- @( v5 P% M3 a2 X0 J% u" B! b
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。0 O: |5 a% A" i' d8 Q
9 \" B$ A1 \8 [8 I& ~- q
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。, u, Y$ E3 {( |6 h8 @6 p
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。
! {( K; C5 Q. V( z6 h$ k; X+ d7 L9 D* c) |# p
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
* H5 J# [# {: a& q开方,我是构造一个正方形然后找边长。
8 ]; J8 d; |1 f  ]2 u/ Q0 Q7 k" |, p& K
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。
: f$ `. G  s% o# |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 ...

. S' @* A5 q( l$ ?% x开平方运算.供参考.; p* ]1 Z4 F" a. L9 k
3 n1 L: z! o7 n
[ 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?8 T. x( D  {) y& z
迭代的方法
+ ~4 }" s& ?8 _5 W% x" W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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