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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  v$ j  b) V5 W9 n& a2 |/ m
% ~! n/ E" h6 W$ |; {# Z: k
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:$ F! e) H5 @0 X8 i& s

1 `! Z! W; Z& KX*X*X*X-14*X*X*X-70*X*X-350*X+1225=0
7 z) T8 \& |: |& p& r* g% o
' U1 ~9 c. X  {+ D+ @+ |/ a% _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 W$ x9 r& m! m' l2 i
+ ~# C/ w% u, N. @7 E
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。! m2 V: D. c/ |) |' ~6 U
' _! f! y$ C# Y) _2 H& x- g
因为
  o8 C$ u; Z; Y* x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。
3 h* ]4 P5 H# t8 s3 Q6 j; u0 Q: {; p
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?
7 N& Z+ V- T" n* p8 n. G$ |7 f
( m2 S& k* \; U$ f* a2 k; b* h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。3 |0 w4 {1 y6 y& o$ {! [
- [- y# x4 |  e, x& b5 f
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。9 t1 s3 P$ u% H0 {3 X
. C( n: T0 _; K# y) K  S9 E
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。
& z1 }& B* }, ^0 r2 B9 Y下面我讲解我所想到的土办法。$ N& F8 E, z! R
8 ]6 C9 M3 b: I) y* W0 ~
! J. W; n+ v/ i: p  j
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。
* x) G- L$ A& S' f7 j7 b& e  m/ d& y- `4 ]0 S
[定义]
2 R- Q* r" R7 }# X$ u# m1 [* ?整数乘以a,就是阵列常数个a。
- w3 h6 A2 b: B% ^% G0 d+ da除以整数,就是将直线段a用点平分成“整数”段。6 ^8 g" V' T* Y
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。9 G# p: g" R6 s/ q) P/ C
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。; |4 d5 a& }- ]0 M1 T
a*b即画个矩形,边长为a和b。& D( R1 t. U8 \0 D: i9 X
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。
+ h5 t+ H. U( n, i3 C) M) x( s5 e! Y
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。# i, j/ ?2 K( E/ D  Q7 S
其余仿此定义。: D: s& L$ q, r2 Y7 H) K

1 ?* O2 s9 E# c; M2 e[步骤]
( d4 ?2 `0 [( N; ^- h, R9 c1、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。
0 p4 k) Q' c  \* Q* u2、画一矩形[甲](正方形),两个边长捕捉b的长度;
$ Y/ L! X" [/ x0 y5 R3、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;
0 i0 J0 U; Z0 e% y7 C2 \, d" e4、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。4 A! h1 k2 a2 B2 o: G  h
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) |: D9 y6 K% d+ G- R9 b! i
①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。' M$ X3 z0 a" C
# G! }. _- h" a" @# A% }. j
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9 b; y" M8 K# d/ y
“L”形的,然后把它用上面方法,化成正方形[丁]。
7 L2 h& h$ G. J8 T, u1 p③如果[丙]为正,则把[丙]移动到[甲]上时,[丙]比[甲]大时,则方程无解。. K+ l% e% Y; P# e: h
6、另作直线段d,长度捕捉正方形[丁]的对角线。
. k( S- t+ |; O0 B" u7、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。+ s% q9 E$ Y; x; z5 ^3 {) P
. J! Y  q' e" Y& w
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。1 O6 q' V& o$ [

) Q2 ~6 }5 O. E) h- K; U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。8 {- G! \8 ]+ d  C7 u) T( ]
1 q3 D+ Z1 ~, P$ D, u! _) i6 a1 K9 N
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。( x9 s1 k2 h9 l8 n, [2 J
3 K+ d2 C0 b1 b) {" 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。
' H& i: h, i9 }( E  u; O4 r
2 ^/ v$ q' ?0 }! [  h* y: o[附]长方形变正方形的方法(即面积相等)' ^9 O& n9 c# s# h6 f

: L( f+ Z2 U) G# p7 S1.在长方形ABCD一角点B上作辅助线,如图:
4 j  Y" Q, _7 c9 y3 R1 v8 d2.以该角点为圆心,短边为半径画圆,交直线于O点;
. }" }" l+ d, A2 t3.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 @. s' E* z5 N
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。
4 V  o3 j- `6 e  ~. H+ Y: q
$ }/ Y4 i* G; R4 X1 W) j[附]“L”形形变长方形的方法(即面积相等)2 H0 K2 r  }1 m- ~4 G+ o# Y

; {* ^  c* M* m5 Z, v! k1 D' O1 a; f
1.将“L”形分成两个长方形,自己选择一种分割办法就可以;
: l* I8 Q0 M# i- b1 H2.然后把这两个长方形用上面的方法,分另画成两个正方形;
0 ~2 |& ?. j' f4 y% e* W5 J2 l& Y% b. L3.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;
. }3 ?. T, i( l7 h, U0 A- N8 H4.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
0 u' a0 Z) U  E/ Y- X, u
/ N5 s/ Z9 t" `% l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:
, h/ H9 J; {) A* d; AA/B反之.
& f- o8 q4 l( P5 Q; u- G1 {- c( g6 Y
+ A$ E$ r9 r4 s[ 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。- g" F( h3 z- t' |3 @  {
, V8 L" }' c. Z3 E, {+ G1 Z' U
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。  ~/ ?3 N( [0 X1 D4 v6 v
+ D. M0 y" p# c1 H
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。
+ b( o: d, `6 z' C7 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,边长为线段的长度,最后查周长就可以了。
& |6 a6 c- k0 x/ R# U! ?$ U1 g7 h
, r# Q5 D- B3 `$ p- c: [- L% ?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
! K6 u( h- O; y. g开方,我是构造一个正方形然后找边长。' K8 y7 S$ q5 T4 P4 W4 V
$ |( i  |3 Q$ \" ^% e5 h0 a: a5 T
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。6 B2 ]) p, P$ K
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 ...
  Y% V9 F9 N" m& f
开平方运算.供参考.
+ [" b7 A3 O9 E6 `) L7 k$ i7 u, \6 s; j9 o+ q0 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?
3 B; C5 t6 Y1 Q- b迭代的方法
' j8 ^7 S# |  ~8 @  J, m) @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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