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  • [日常摸鱼]整点正多边形,HDU6055,Pick公式,证明

    2017多校2

    这场签完到有事情就跑了,感觉K题很有意思,记个K题。

    http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=6055

    (n(nleq 500))个整点,坐标绝对值(leq 100),问能够形成多少个正多边形。

    稍微想一下会发现,好像只有正方形可以成为整点多边形,于是(O(n))枚举正方形的左上角,(200*200)地枚举另一个点,就过了。

    嗯…不过为什么只有正方形可以?看起来很显然,能证明吗。

    Pick公式

    整点多边形面积(A=i+frac{p}{2}-1),(i)是多边形内的整点个数,(p)是边上的整点个数。证明可以考虑数学归纳法(从(n)变形拓展到(n+1)变形)。

    正三角形

    整点正三角形一定不存在:Pick公式告诉我们整点多边形面积一定是有理数(而且(2A)一定是整数),而如果考虑三角形(ABC)的一条边(vec{AB}=(a,b)),三角形面积(A=frac{sqrt{3}}{4}(a^2+b^2))是无理数,矛盾。

    从正五边形到正n边形

    (参考程汉波《一次“整点正多边形”的探究之旅》)

    假设存在一个最小的整点正五边形(ABCDE)(顺时针方向),内角是(108°>90°),考虑(A)(B)逆时针旋转(pi/2)得到(A')点,则(A')一定是整点且在五边形(ABCDE)内部,同理对(B,C,D,E)进行同样的操作,得到的(A'B'C'D'E')一定也是一个整点正五边形,而它的面积比(ABCDE)跟小,矛盾,故不存在"最小整点正五边形"。

    接着会发现这种操作套到任意(n(nleq 5))边形都能用,于是就证完啦…

    数学真是妙啊(

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