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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
5 ]% a: s4 O0 U- j
/ M( ^: ~3 F) \9 f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:/ v* m( a7 b; U# m; v1 f0 w

' n6 O! h5 V9 ~- M( \/ k" JX*X*X*X-14*X*X*X-70*X*X-350*X+1225=0" W4 E: Q( H3 J# o

1 @: x8 G5 I7 B- 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。
& d2 l* g( ^) E1 I! w. i1 S& _6 P8 d/ M1 q# @/ x( y
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。( x9 E4 I+ |7 o1 W# x& Q3 Y

% W  M/ N( D3 S& k因为
. A" b. ?- U% r9 y1 W" f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。
$ _& Z: ?, P% K) w0 b0 K5 [3 Z6 J/ f. H0 p& 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 m* B7 Y$ B/ s5 C: Y
% G, z- C. v0 j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。
* y; t; k9 G7 C/ O7 K5 r- O" o! T  l6 u
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。1 X3 n6 I4 P1 ]+ c* @
( I) r: Q  W; ~7 B2 z
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。
9 R5 W- k* P0 V0 C, [下面我讲解我所想到的土办法。9 T$ l" U! y3 S' t4 k" W! Z

: A) d% s# w8 V' j3 x8 ?8 Q' m5 M6 @( h1 Z
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。
/ ^8 O  h8 ?" |: e
. V5 ^/ M0 ^8 v" V1 T6 \" {5 f3 K[定义]' E2 W9 b9 U0 L' C; j2 p" H
整数乘以a,就是阵列常数个a。& E' j  h$ f0 N" T7 f& F; C  E$ W
a除以整数,就是将直线段a用点平分成“整数”段。  ^% C0 v% K; t) `3 L% K5 c- ], T
a+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 S" b, b& q) E4 q  V* }- L
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。+ Z9 D: w5 t- d  t
a*b即画个矩形,边长为a和b。
- [  R0 k) p& ]4 g. \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。
; J/ K4 S* T3 i8 j0 B. F8 L6 ~1 R- B! M1 x. W
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。
! D; ^( u* i3 @其余仿此定义。& B* J$ R# H% ]# t

' [! r9 ^# S7 I4 V, t6 Y[步骤]3 e6 o5 L2 ]6 B2 j$ k) d
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+ o6 [3 Z) R5 Y9 M* p  ^
2、画一矩形[甲](正方形),两个边长捕捉b的长度;3 w+ V1 H" w" L5 t- d) p
3、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;
$ [9 ]* c( {& F0 I! z4、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。
: M/ `- D! _6 [3 s0 X5、观察a与c的正负,以确定[丙]的正负,这是要分三种情况:①②
& a8 J) P4 V* O& w  v4 Q6 B①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。! k1 O4 j' [( N; M

, P% H% |/ n' C②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/ j" B1 }$ l1 H% x+ l7 z
“L”形的,然后把它用上面方法,化成正方形[丁]。! \3 X* T3 o0 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。
' j2 I' Q' A2 \/ t6、另作直线段d,长度捕捉正方形[丁]的对角线。
; P, K: ~0 H- b. @8 v* o7、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% X, T" f7 T9 a

( L+ H' s$ W* t! q4 d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。
0 M9 ?; W( i# q* z3 m; q
$ I0 c' r2 X' g8 n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。
0 K2 |- i2 P) w' E% L5 z7 Q! V2 R  M( n! r: w7 s
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。
/ e  k0 K* G8 w( o
1 ^6 m& y- A2 M# N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。
& s! M0 e4 B) ]4 X! S1 w3 C& P4 L+ }( b" v# f
[附]长方形变正方形的方法(即面积相等)* G, i" O" \0 E

+ s  ~: e0 O! I1.在长方形ABCD一角点B上作辅助线,如图:6 t& O/ y( p9 s8 W$ C
2.以该角点为圆心,短边为半径画圆,交直线于O点;
" J. [* K  }) G- c/ F! V3.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;
3 i* Z' @) S. z) Y4.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。
3 S! I- j8 L- F) c: l) M
7 D3 z  g' `+ n[附]“L”形形变长方形的方法(即面积相等)
7 P  x2 A; G+ k1 [/ Q( \; a" z5 n3 s9 h( Q8 @! K1 ?$ i
3 `& {- l) V) u9 S2 d& E& s
1.将“L”形分成两个长方形,自己选择一种分割办法就可以;
* u, n9 |* M* P/ q' I) T4 Z2 X: 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( a: j  O* y3 o
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;
; z+ x* v9 k' N; q! \& j# j4.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
6 _9 }+ G# P1 J, l0 F  f0 _
. t* I3 T) j; d3 I/ `2 Y  n5 x. n- ^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:
% c+ V  F! S* T1 ?A/B反之.* n: m0 o, s& Y7 F

! K% T9 p: `8 ^6 U: {" T[ 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。
4 o' D$ c  h2 c1 y! V/ g( X0 o: d! L' n8 s
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。
8 Z; U2 d) U" Y- D5 |( K! `% r
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。
2 d  u9 _7 o. H3 }, t- F4 Z" p8 E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。
- m* J. K( u) D& T! u0 H$ u( L% D
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
' I! Z' G. D8 |5 S* h8 @5 S$ Y2 I开方,我是构造一个正方形然后找边长。& a) `* m8 H/ P4 ?

$ Q& p$ e9 u: j& U因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。0 j& F( O9 b: F1 m
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 ...

5 }# Z3 |& j- D- Q0 @: T开平方运算.供参考.
+ z- b; ^* p' U* x# @3 ~# _
  T, h. @5 O( \3 q[ 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?/ X0 P8 G5 E+ f; p
迭代的方法+ j: Q. r+ G3 ]& K2 b) Z
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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