ftg1029 发表于 2010-2-11 11:55:03

平面点集问题

平面上任给200个不同的点,证明其中距离为单位长的点的对数小于2050。

本因坊算帐 发表于 2010-2-17 17:54:49

刚看到这个论坛,挺有意思的。大家好! 我是新人,请多关照

这个题目……我想了一下,并没有解决,但给出了一个粗略的上下界,写出来抛砖引玉吧

设 f(n)为平面上n个不同点所能包含的单位长的点对数的最大值。例如 f(2)=1,f(3)=3,f(4)=5 等等
原题目要证明: f(200) 不超过 2050

我的思路是:

引理1)对于任一点A,设距离A为单位长的点为:A1,A2,A3…… Ap,共p个点;对于另一点B,距离B为单位长的点为:B1,B2,B3……Bq,共q个点。任取A1……Ap中三点{Ai1,Ai2,Ai3}和B1……Bq中三点{Bj1,Bj2,Bj3},则该两个三点集不可能完全相同。
证:否则,Ai1 Ai2 Ai3构成的圆即为Bj1,Bj2,Bj3构成的圆,前者圆心为A,后者圆心为B,推出AB重合,不符合题意。引理1证毕

设平面n个不同点,其中有f(n)个距离为单位长的点对。

定义1)考虑全部n个点中,满足三点所在的圆半径为单位长的所有三点集的个数 M。

设n个点为 P1,P2……Pn,设与Pk距离为单位长的点的个数为 Nk,容易证明

Nk对k=1……n求和等于 2f(n)          (1)

而在与Pk距离为单位长的Nk个点中,每一个三点集都是符合定义1)要求的点集。并且根据引理1,当k对1……n遍历的时候,所有的三点集不会重复。
因此,有

M 大于等于C(Nk,3) 对k=1……n 求和,
即    Nk(Nk-1)(Nk-2)/6 对k=1……n求和                  (2)
根据等式(1),不难看出,当所有Nk都平均取值的时候,即 Nk = 2f(n)/n 时,(2)可以取到最小值,
即:

M 大于等于n*(2f(n)/n) * (2f(n)/n - 1 )*(2f(n)/n - 2 )/6                (3)

另一方面,显然有 M 不超过 C(n,2) = n*(n-1)*(n-2)/6            (4)

(3)(4)联立,可以解得:
f(n) 不超过n/2 * (1+ ((n-1)*(n-1))的1/3次方)
将n=200代入上式,可以得到f(200)不超过 3600. 这个结果距离题目的 2050 还稍微大了一点,不太准确…… 还得再琢磨琢磨

另外,从构造的角度,可以证明 f(200)大于 1000,构造的方法比较繁琐,就不罗列了

winxos 发表于 2010-2-18 11:26:48

2# 本因坊算帐
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