數學手抄報資料:巧分乳酪

喬記餐館雖說吃食不算最好,但卻以美味乳酪而遠近聞名。塊塊乳酪狀如圓盤,繞有風趣。一刀下去,就把一塊乳酪一切為二。連切兩刀,不難將其分成四塊,三刀則切成六塊。一天,女招待羅西請喬把乳酪切成八塊。喬:“好,羅西。很簡單,我只要這樣切四刀就成了。羅西把切好的乳酪往桌子上送時,忽然悟到喬只需要切三刀便可以把乳酪分成八塊。羅西想出了什麼妙主意?

羅西豁然開朗,悟到圓柱形乳酪是一個立體圖形,可以在中線處橫截一刀將其一切為二。如果允許移動切開的部分,那么連切三刀也行。可以把第一次切開的兩塊迭放在一起,切第二刀成四塊,再把四塊跌放在一起,最後一刀切成八塊。羅西的解法是如此簡單,幾乎可以說是平凡的。然而它給人以明確的啟示:對於有意義的切分問題,可以用有限差分演算進行研究並用數學歸納法加以證明。有限差分演算是發現數字序列普通項公式的有力工具。今天,數字序列日益引起人們的興趣,因為它具有極其廣泛的實際套用範圍,還因為計算機能夠以極快的速度執行序列的運算。

羅西第一次切乳酪的方法是在乳酪頂面的若干中線同時切數刀。乳酪具有如同薄餅那樣平坦的頂面。讓我們來觀察一下,根據在一張薄餅上切數刀的過程,能夠生成一些什麼數字序列。假如沿著薄餅若干中線同時切數刀,顯然,同時切n刀至多可以切出2n塊。

若在其邊沿為一條簡單閉合曲線的任意平面上同時切下n刀,這種方法所切成的塊數,是否最多也是2n塊呢?否。可以隨意畫出許多既非凸面,並且形狀各異的平面,即使一刀也可切成你所希望的塊數。能否畫出一種圖形,僅切一刀便可以切出任何有限數目的全等的塊?若能辦到,這種圖形的周長應具有什麼特性,才能確保只需要一刀便可以切成全等的n塊?若不同時進行切分,薄餅的切分將更為有趣。你很快會發現:僅當n〉=3時,切n刀方可切成不止2n塊。

這裡,我們並不考慮所切成的塊是否全等或面積相同。當n=1,2,3,4。。。時,可以切成的最多塊數分別是2,4,7,11。這一大家所熟悉的序列是根據下列公式求得的:

1+n(n+1)/2

其中,n是所切的刀數。此序列的前10項(n自0開始)是1,2,4,7,11,16,22,29,37,46。。。

請注意,第一行差分是1,2,3,4,5,6,7,8,9。。。第二行差分是1,1,1,1,1,1,1,1,1,。。。

這強烈地暗示著此序列的普通項是一個二次項。

為什麼說“強烈暗示”呢?因為雖然可以用有限差分演算找到一個公式,但是並不能保證該公式對於無限序列也成立。這一點尚需證明。在薄餅公式這一例子中,不難通過數學歸納法做出一個簡單的證明。

從這點出發,你可以發現大量的引人入勝的研究方向,其中有許多將導致非同尋常的數字序列,公式以及數學歸納法證明。這裡有一些問題可供你作為初步嘗試。採用下列各種方法,最多可以切成幾塊?

1。在馬蹄形的薄餅上切n刀。

2。在球形或羅西所切的那種圓柱形乳酪上切n刀。

3。用切小圓甜餅的刀在薄餅上切n刀。

4。在狀如燭環狀(即中心有一個圓孔)的薄餅上切n刀。

5。在油炸圈(圓環)上切n刀。

關於以上這些問題,假設切分是同時進行的,若改成連切方式,並且允許重新安排切開的部分,其答案如何變化?