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[几何] 平面上任意$n$个点的最大距离与最小距离之比的最小值

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abababa 发表于 2024-7-22 16:24 |阅读模式
平面上有任意$n\ge2$个相异的点(不是给定的点,可以随意调整,但不能重合),每两点能连一条线段,所有这些线段的最大长度与最小长度之比为$\lambda_n$,求$\lambda_n$的最小值。

这是不是什么著名问题?有没有相关的对于一般的$n$的资料?

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 楼主| abababa 发表于 2024-7-25 16:49
当$n=6$时:
若$6$点中存在$3$点共线,不妨设$B$在线段$AC$上且$AB\le CB$,于是$\lambda_6\ge\frac{AC}{AB}\ge2>\sqrt{3}$。

若$6$点中任意$3$点不共线,设这$6$点的凸包为$F$,$F$的顶点都在这$6$点之中。
1.若$F$是凸六边形,则由于凸六边形内角和为$720^{\circ}$,所以必有一个内角不小于$120^{\circ}$。
2.若$F$不是凸六边形,则$6$个点中存在一点$O\in F$,任取$F$的一个顶点$A$,连结$F$的所有过顶点$A$的对角线,将$F$分为几个小三角形,则点$O$必在某个小三角形中,不妨设$O\in\triangle ABC$,而$A,B,C$都是$F$的顶点,因此都在这$6$点之中。显然$\angle AOB,\angle BOC,\angle COA$中必有一个不小于$120^{\circ}$。

于是这$6$点中总存在$3$点$A,B,C$使得$\triangle ABC$有一个内角不小于$120^{\circ}$,不妨设$\angle ABC\ge120^{\circ}$,设最大、最小距离分别为$D,d$于是
\[D^2\ge AC^2=AB^2+BC^2-2AB\cdot BC\cdot\cos\angle ABC\ge d^2+d^2+2d\cdot d\cdot\frac{1}{2}=3d^2\]
所以$\lambda_6=\frac{D}{d}\ge\sqrt{3}$。

即总有$\lambda_6\ge\sqrt{3}$。

关键是这个$=\sqrt{3}$的情况,能构造出来吗?

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 楼主| abababa 发表于 2024-7-26 13:04
本帖最后由 abababa 于 2024-7-26 13:18 编辑
abababa 发表于 2024-7-25 16:49
当$n=6$时:
若$6$点中存在$3$点共线,不妨设$B$在线段$AC$上且$AB\le CB$,于是$\lambda_6\ge\frac{AC}{AB ...


找到一个链接,应该是已经被证明的情况的图解:
erich-friedman.github.io/packing/maxmin/
从图中可见$n=6$时$\lambda_6=\sqrt{\frac{5+\sqrt{5}}{2}}$,取不到$\sqrt{3}$。具体的取值也没什么规律,不一定是在正多边形的情况下取到。

下面的链接还有一个三维空间中的图解示例:
erich-friedman.github.io/packing/maxmin3/

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