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[几何] 平面上任意$n$个点的最大三角形与最小三角形面积之比的最小值

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abababa Posted at 2024-7-22 16:29:10 |Read mode
和刚才另一个帖子相似的,平面上有$n$个点(不是给定的点,可以随意调整,但不能重合),任意三点都能构成三角形(非退化),设其中面积最大的与最小的之比为$\lambda_n$,求$\lambda_n$的最小值。

这个是不是著名问题?有哪些资料没有?

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 Author| abababa Posted at 2024-7-27 16:48:49
设最大面积为$D$,最小面积为$d$。

当$n=3$时显然$\lambda_3=1$。

当$n=4$时,可能的情况是凸包为三角形或四边形。
1.当凸包为四边形$ABCD$时,这四点都是顶点,作对角线,显然有$D\ge\frac{1}{2}S_{ABCD},d\le\frac{1}{2}S_{ABCD}$,所以$\lambda_4=\frac{D}{d}\ge1$,而当四边形为正方形时显然取$=1$。
2.当凸包为$\triangle ABC$时,点$D$在$\triangle ABC$内部,连接$DA,DB,DC$将$\triangle ABC$分为三个小三角形,显然$D=S_{\triangle ABC},d\le\frac{1}{3}S_{\triangle ABC}$,所以$\lambda_4=\frac{D}{d}\ge3$,当$\triangle ABC$是等边三角形,中心为$D$时取$=3$。

综上可知当$n=4$时$\lambda_4=1$。

当$n=5$时,可能的情况是凸包为三角形、四边形、五边形。
1.当凸包为$\triangle ABC$时,点$D,E\in\triangle ABC$,还是考虑点$D$,有$S_{\triangle ADB}+S_{\triangle BDC}+S_{\triangle CDA}=S_{\triangle ABC}=D$,因此$d\le\min(S_{\triangle ADB}, S_{\triangle BDC}, S_{\triangle CDA})\le\frac{D}{3}$,因此$\lambda_5=\frac{D}{d}\ge3$。
2.当凸包为四边形$ABCD$时,则或者$E\in\triangle ABC$,或者$E\in\triangle CDA$,当$E\in\triangle ABC$时,由前面的证明可知$d\le\frac{S_{\triangle ABC}}{3}$,同理当$E\in\triangle CDA$时有$d\le\frac{S_{\triangle CDA}}{3}$,相加即有$2d\le\frac{S_{ABCD}}{3}$,而显然$D\ge\frac{1}{2}S_{ABCD}$,因此$\lambda_5=\frac{D}{d}\ge3$。
3.当凸包为五边形$ABCDE$时,若它是正五边形,则显然$\lambda_5=\frac{D}{d}=\frac{\sqrt{5}-1}{2}$。

能证明$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$是最小值吗?

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2025-4-23 06:01 GMT+8

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