玩转内接多边形(六):任意凸多边形内均存在内接正方形
icon2 Brain Storm | icon4 2010-06-19 18:53| icon314 Comments | 本文内容遵从CC版权协议 转载请注明出自matrix67.com

    这一系列文章的最后,我们将证明:任意凸多边形内均存在内接正方形。事实上,这几乎是“任意凸多边形内均存在内接菱形”这一命题的直接推论。在这篇日志中,我们实际上证明了这样一个结论:在任意凸多边形中,任选一个方向 u ,总能找到一个内接菱形,它的其中一条对角线与所选方向平行。
    现在,慢慢旋转方向 u ,则所得菱形的两条对角线将连续地变化。当方向 u 旋转了 90 度后,原来的两条对角线交换了位置,换句话说两条对角线的长度之差变号了。因此,在方向 u 旋转的过程中,必然有一个时刻两条对角线的长度恰好相同,此时内接正方形也就得到了。

    可能有的读者想问了,去掉“凸多边形”这一条件,任意多边形内都存在内接正方形吗?答案是肯定的。 Square Peg 定理告诉我们,对于任意一个简单多边形,总能在上面找到四个点,使得它们恰好是一个正方形的四个顶点。定理的证明需要用到很多之前提到的类似的方法,不过更加复杂一些,这里就不再叙述了。

    最后还有一个有趣的话题想与大家分享一下。大家看到了,在一个多边形内内接等边三角形、矩形、菱形甚至正方形都是没有问题的,那么这类问题的极限在哪里?有什么图形是一个多边形内不能内接的吗?肯定是有的。下面我们证明,存在一个多边形,它不能内接正七边形。
    事实上,任何三角形内都不能内接正七边形。考虑一个正七边形的外接圆,它与三角形最多只有六个交点(因为一条线段和一个圆最多只能产生两个交点),因此正七边形显然是不能内接于三角形内的。

14 条回复

  • 楼层: 沙发 | | xxwzy 说:

    sofa

  • 楼层: 板凳 | | Liuyue 说:

    有趣。

  • 楼层: 地毯 | | yukirock 说:

    一天两更,楼主NB……

  • 楼层: 地板 | | maa04 说:

    一更就俩……
    总算盼到新文了……

  • 楼层: 地下室 | | lament 说:

    好哏儿……

  • 楼层: 地基 | | biohu 说:

    我没猜对。。。

  • 楼层: 地壳 | | yh 说:

    一个问题写四篇文章自重

  • 楼层: 地幔 | | 淘宝网 说:

    嘿嘿 说的没错~

  • 楼层: 地核 | | ppwwyyxx 说:

    最后一句话很雷人。。
    想起来以前在这里看到的:椭圆不存在内接正n>4边形。也是这样证得

  • 楼层: 10楼 | | Matrix67: My Blog » Blog Archive » 千万别学数学:最折磨人的数学未解之谜 说:

    [...]     这样一个看上去如此基本的问题,竟然没有被解决!这个 Blog 上曾经证明过,任意凸多边形上总存在四个可以构成正方形的点;对证明方法进行改进,可以把结论扩展到凹多边形上。目前,对于充分光滑的曲线,似乎已经有了肯定的结论;但对于任意曲线来说,这仍然是一个悬而未解的问题。平面上的曲线无奇不有,说不准我们真能精心构造出一种不满足要求的怪异曲线。 [...]

  • 楼层: 11楼 | | 郝峰 说:

    您能把 Square Peg 定理的过程粘贴到我的邮箱吗

    谢谢了 我曾经考虑过这个问题 也给出过任意四边形情况的证明,但是检索不到 Square Peg 定理,不知是不是证明相同。

  • 楼层: 12楼 | | 郝峰 说:

    邮箱为 935379638@qq.com

  • 楼层: 12a楼 | | orbea jersey 说:

    很有规律呀

  • 楼层: 14楼 | | cyl6174 说:

    不错的博客

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