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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+ X" |  s! [3 _3 h& Z# r
  K9 b6 q! V+ w. l+ H4 F( E3 L
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:
. y& J  K) k3 q5 @! n: `; c4 O/ h. ?- v  o- D
X*X*X*X-14*X*X*X-70*X*X-350*X+1225=0
  k  X3 u' h1 c/ T# }
7 V( o/ N* g/ ]0 s, K9 |2 V  f5 W1 e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。# Q3 k( L- x1 p3 l6 ?( z( [

3 [0 V# _( D8 S& {0 {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。$ q8 |4 a9 ]. B  i" R% e3 v

/ @* D7 t* Z6 b6 g因为
3 R) V1 T9 E0 q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。
; e8 C7 z4 s: F; e! r6 F
  A9 Q/ z0 Z" r& J* L: W, Q1 }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?. H7 e' U$ f3 R" @- Z8 G0 a* X
6 E1 z' N- _  X3 ]
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。1 J8 Q* I! L' I9 I" F# m6 Z, n3 p+ P$ l

) ^  O  `0 F( a4 y6 i0 }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 ^, w( |; m8 [3 z( |0 x
& `* _1 W0 u% c2 W. w
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。$ S0 {; S  \$ O  C
下面我讲解我所想到的土办法。. t  Y5 {' \1 L, G

- h0 h  f3 @7 G/ `6 y
$ J  Y" h4 d" {& n5 o2 D0 d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。% }9 B' t5 }: U9 o
$ U, H! z: p, s" D/ M, W9 |* {
[定义]0 S/ s5 T  z* q1 C8 c
整数乘以a,就是阵列常数个a。
! m! g8 [  E+ H' Ha除以整数,就是将直线段a用点平分成“整数”段。" s& W" v4 }5 k5 J
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。; W( E' Q1 }) j
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。' q6 \' W9 n/ `( {* @$ r
a*b即画个矩形,边长为a和b。; P. K' a7 k0 h& a* n* i3 a6 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。
( K) y3 t$ f! v  h2 c% L* s* |! K7 n! 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。
" o$ W& e. r0 ]( G6 r# n& p8 M其余仿此定义。2 g  W: W! D: J& |& I
. T9 C2 P7 b$ Z. f7 B; h
[步骤]
+ {* c. N! E, X8 m1、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。1 ~3 j8 \% T7 |9 ]& z
2、画一矩形[甲](正方形),两个边长捕捉b的长度;/ p1 U7 \* j# L% U& @
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;% I* b' r! f2 A% i) t
4、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。
  X* r, q% i, ?7 p5、观察a与c的正负,以确定[丙]的正负,这是要分三种情况:①②# u" c0 A4 ~7 }6 k- n
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。7 w  m- c4 r/ I7 T* l0 b

' m& O" T, n/ }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
. f9 z' V) e; s# P0 R“L”形的,然后把它用上面方法,化成正方形[丁]。$ ^4 {) ~! u' M5 s; v
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。2 P% T) Q5 ^  {
6、另作直线段d,长度捕捉正方形[丁]的对角线。
9 \! }% n6 c, o) [: J7、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。4 `) P7 k+ n' z7 r
8 h! q- k1 {! \* r  }/ c. _8 R
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。: V& f, ~4 Y- h3 N# Z

$ U3 s2 h5 V' s* E+ `6 J2 ~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。
* A; w) N! P3 Y+ D& O
; L" J" n! k! R# {* R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。: u0 I1 x" H$ J0 n# e& {4 s1 m. }

( D$ w# M# Z) R2 R+ ]0 G$ Q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  b  b# r2 L" \6 _: Z7 q/ s! a4 i/ ?9 S0 E. A5 {+ E& U
[附]长方形变正方形的方法(即面积相等)6 x" x$ N6 q5 x% X' |& M
! D& F- F6 y  t  w5 I; s- l
1.在长方形ABCD一角点B上作辅助线,如图:0 p, e' H4 v4 D4 L9 F
2.以该角点为圆心,短边为半径画圆,交直线于O点;
6 t7 }0 k3 h% o8 ?3 {7 c- f: a& z3.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;
: Z) m; r; {  H) `  N  ^: q- c% i  e4.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 u2 J1 [+ W6 |2 n+ e6 X& R- U4 O7 M! c4 E# _: g6 Q
[附]“L”形形变长方形的方法(即面积相等)
5 ]  q& O, b" U3 {7 H+ D  ]
# @. v1 V9 Q3 j0 s- j2 P6 L$ R
1.将“L”形分成两个长方形,自己选择一种分割办法就可以;
. i% T% A3 N% ^6 p2.然后把这两个长方形用上面的方法,分另画成两个正方形;. T% V' h- I+ l% r3 h  x
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;
5 _, z& F: K! N* @; b# a4.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; _+ ?9 A: B7 v! k6 F7 u

/ l; i0 L9 n+ z8 m1 R2 y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:
8 w' `8 ^7 T  F4 ^0 bA/B反之." Y2 }3 R+ O3 _6 ]
2 A% a' h/ J  @
[ 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。
- d( b& \* ]3 T% N8 K1 z4 D5 f# X$ e$ ]
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。! r# O+ C: H# |5 C/ b  [
& _$ E" P* @/ W6 t  m& l
因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。
1 r9 D  O: J- A; X; G: F2 C8 t6 q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。: s0 L# A5 l; V) C* U7 k' T( S
" e  s/ N5 s( f4 K/ ]9 Y
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
+ U& P* n# u% X+ w3 n5 \* ]. o开方,我是构造一个正方形然后找边长。" t; @% V- W5 j$ ^, ?

! y* T: B5 z% F8 z; @% X因为目前相当多的工作,属于是“萌发”阶段,有待一步步来。5 ]% @) T) l  Y3 y: ^* a, ~
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 ...

4 |- E# g8 \; I3 T' I" _' h: ]开平方运算.供参考.
8 ?) {7 X9 i, h0 m1 }
( D2 L" H5 u+ Z7 p9 i9 k# o. A; @0 _[ 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?' W# H# j' v1 J) w. I
迭代的方法
, ]0 R6 b" F5 l* b& k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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