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求助

可以用高中知识证明皮克(Pick)定理吗?

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^皮克定理:
如图,给定顶点坐标均是整点(或正方形格点)的封闭多边形,其面积 S=a+b÷2-1 。
其中,a为内部格点的数目,b为边上格点的数目。


IP属地:湖北来自iPhone客户端1楼2024-01-17 09:39回复
    数学归纳就行


    IP属地:浙江来自Android客户端2楼2024-01-17 10:01
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      假想质量为M(其实就是面积),令m为其每个点的质量示性数(密度),用积分的思想得到M=2πSm,再假想有很多重心(等价)对应于所有格点,一个内部重心幅射出2πm,所有角格点共(n-2)πm,一个边界非角重心为πm,总和为M=(2a+(b-2))πm=2πSm,得到a+b/2-1=S,就完成了一个不严格证明


      IP属地:安徽来自Android客户端3楼2024-01-17 10:29
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        首先,考虑一种“基本元素”——一个m×n格范围内的的直角三角形,其中m、n互质或有一个为1。对于这种三角形,可以直接求出其面积为mn/2,即m×n矩形的一半。
        这个矩形可以看成由前者和另一个全等的三角形组成,每个三角形直角边上的点数为(m+n+1),斜边上除了顶点没有其他点,而矩形内部的(m-1)(n-1)个点被两个三角形平分(因为m和n有一个为1时,内部点数为0;m、n互质,则(m-1)和(n-1)至少有一个是偶数,因此(m-1)(n-1)一定为偶数)。
        因此,一个三角形内部有P=(m-1)(n-1)/2个点,边上有Q=(m+n+1)个点,代入求证式有P+Q-1=(m-1)(n-1)/2+(m+n+1)/2-1=mn/2,因而这种元素的面积符合公式关系。
        然后考虑组合的情况,设两个图形分别为A、B。为了让二者连接,A、B至少要有两对边点重合(如果只有一对,那么就只能叫相接了)。这些边点一对对结合后,要么成为内部点,要么还是边点;而且有且仅有一对还是边点,如果超过一对会形成孔洞。根据前面的结论,Sa=Pa+Qa/2-1,Sb=Pb+Qb/2-1,Sab=Sa+Sb;设重合点对的数量为k,那么内部点增加了(k-2)个,边点减少了2k-2个,因此有Pab=Pa+Pb+k-2,Qab=Qa+Qb+2-2k,代入得Sab=Pab+Qab/2-1=Pab=Pa+Pb+k-2+(Qa+Qb+2-2k)/2-1=Pa+Qa/2-1+Pb+Qb/2-1=Sa+Sb,符合要求。
        证明完加合的情况,再证明减去(挖掉)的情况。A减去B时,B的内部点一定也是A的内部点,而B的边点是A的内部点或者同为A的边点。必然存在同为边点的点,而且有且仅有两对点形成新的边点,其余的点消失,否则也会形成孔洞。设重合的边点对数为k,那么减去后的图形,其边点数为Qab=Qa+Qb-2k+2,内部点数Pab=Pa-Pb-Qb+k。这样Sab=Pab+Qab/2-1=Pa-Pb-Qb+k+(Qa+Qb-2k+2)/2-1=Pa-Pb+(Qa-Qb)/2-1,同样符合要求。
        由此可得,任何连续的无孔洞的图形X,其面积都可以通过上述方法分解成若干“基本元素”加减得到的结果,均可由S=P+Q/2-1算出。


        IP属地:北京来自Android客户端4楼2024-01-18 20:43
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          显然可以把n边形分割为n-2个顶点在格点且边上没有格点的三角形,然后补成矩形算面积,并对格点计数,然后归纳法即可算出原来的图形的面积


          IP属地:河北来自Android客户端6楼2024-08-02 12:08
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