056254628 发表于 2010-12-4 19:16:46

田埂最短问题的逆问题

gxqcn的均分田地,田埂最短问题,可以导出很多应遵循的规则。
1.分界与边界垂直。
2.内部相交的分界相互成120度角。
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那么如果反过来:
各分界的总长度L已经确定,求各个分图形的面积的最小方差值。其中L小于【均分田地,田埂最短问题】的最短边界总长度。
是不是也有上面的应遵循的规则呢?

mathe 发表于 2010-12-5 21:31:59

对于gxqcn的问题,如果最短田埂长度为$L_0$,那么对于这个问题
如果$L<=L_0$,那么遵循那个题目同样的规律
i)分界线为圆弧
ii)分界线同边界垂直
iii)内部分界互成120度
iv)内部分界处有向曲率和为零
但是如果$L>L_0$,显然可以达到方差为零(就是所有分图形面积相等),而划分方法无穷种,而且不需要遵循上面的规则

gxqcn 发表于 2010-12-5 23:02:46

记得 mathe 曾提出定比例分割问题,说是也需满足上述条件。
楼主从反向提出这个问题,也非常有意思。

gxqcn 发表于 2010-12-6 10:05:10

2# mathe

我昨天突然想到如下问题,似乎不全满足这四个条件:
两个半径分别为3和4的圆相交,圆心距为5,现在其内部需修建一条长为4.8的田埂(4.8正好是相交弦的长度),使之分成两部分,且使两侧面积尽可能均等,请问如何划分?

mathe 发表于 2010-12-6 11:05:26

你这个不是凸区域。对于凹区域,边界垂直条件将不存在(如果落在那些拐点上)。我觉得对于你这个问题,相交弦应该已经是最好的解。

056254628 发表于 2010-12-6 18:52:27

各分界的总长度L已经确定,求各个分图形的面积的最小方差值,实际上跟求各个分图形面积的平方和的最小值的过程是一样的。
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假设各个分图形的面积分别为$S_1$,$S_2$,...,$S_n$
若分界的总长度等于L,求$sum_(i=1)^n(S_i)^R$的最小值。R为大于1的实数。
R=2时,mathe指出分界遵循4原则:
i)分界线为圆弧
ii)分界线同边界垂直
iii)内部分界互成120度
iv)内部分界处有向曲率和为零
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那么R等于3,或等于其他数时,是否还有上述规则呢?
如果不是,那么R=2为什么这么特殊呢?

mathe 发表于 2010-12-6 19:28:13

对于任意R>1均可,主要用到3楼gxqcn提到的性质即可。
同样,对于R<1,也有类似性质取到最大值。(R=0可以改为几何平均)
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