一个与矩形剖分有关的命题(四):简便的数论证明

如果一个矩形可以分割为若干个小矩形,每个小矩形都有至少一边为整数长,则原矩形同样有至少一个长度为整数的边。换句话说,用至少有一边的长度是整数的小矩形拼成一个大矩形,大矩形也有至少一条整数长的边。

    不假,利用数论知识我们真的可以证明这个和数论八杆子打不着的题目。证明的关键就在于,质数有无穷多个。给定一个满足要求的大矩形,如果你宣称它的每条边都不是整数,它们都至少多出了大小为ε的“零头”。那么,我就找出一个足够大的质数p,使得1/p < ε,然后说明有一条边的长度除去整数部分后的“零头”不会超过1/p。这样的话,至少有一边恰好是整数长才行。     仍然是把大矩形放在平面直角坐标系上,左下角对齐原点(0,0)。考虑所有形如(i/p, j/p)的点所形成的点阵(其中i, j均为整数)。我们需要把整个点阵平移到一个合适位置,使得点阵中没有点恰好落在小矩形的边界上。这总是可以办到的,例如我们算出每个小矩形的横边到点阵中离它最近的点的距离,取所有这些最近距离中最小的非0的值,然后竖直方向上移动一个比这还小的距离;另一个方向亦是如此。注意到每个小矩形内部所含的点数都是两个数的乘积,由于其中至少有一个数是p的倍数,因此每个小矩形内都有p的倍数个点。那么,整个大矩形所含的点的个数(即每个小矩形所含点数之和)也是p的倍数。大矩形内的所有点的个数也是两个数的乘积,然而p是质数,因此两个数中至少一个是p的倍数(数论的一个基本结论)。那么,对应的那条边就应该是整数长,并且最多有1/p的误差。 (三)(四)两种证明均来自http://domino.research.ibm.com/Comm/wwwr_ponder.nsf/solutions/May1999.html

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