问个简单的高中数学问题。

2023-01-18 22:44:51 +08:00
 buxudashi

边长为 1 的正方形四个顶点的村庄。要修路两两相通。求路的最短长度。

这个应该不是 X 形,应该是>-< 这种形状吧?

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17 条回复
misdake
2023-01-18 23:04:12 +08:00
列个>-<形状下总长度的函数求导判断正负,发现是凹的然后求最小值

另外我记得这种长度权重不同的求最值问题可以用费马原理来着。
misdake
2023-01-18 23:04:45 +08:00
但如何证明这个形状最短呢?
GiantHard
2023-01-18 23:18:57 +08:00
根据三角形任意两边之和必定大于第三边,>-< 应该比 X 更长
lance6716
2023-01-18 23:34:53 +08:00
肥皂泡
ziwiwiz
2023-01-18 23:42:40 +08:00
假设边长为 2 , 计算一半长度(>-),恒坐标为 x ,2*(x^2+1)^(1/2)+1-x ,求导为 2*x*(x^2+1)*(-1/2)-1 ,解 x^2+1=4x ,x=2±√3 。边长为 1 的话,就是横坐标为 1-(√3)/2
lance6716
2023-01-18 23:43:07 +08:00
这个为什么不是匚型
ziwiwiz
2023-01-18 23:45:28 +08:00
@lance6716 2√2 就小于 3 了
cpstar
2023-01-19 00:09:49 +08:00
如果是>-<,那是不是可以假定>-<是一个关于正方形中心的对称图形呢?那是不是可以设中间的横线长度为 x ,则五段路线的总长为 f(x)=x+2√(x^2-2x+2),0≤x≤1 ,这个函数是个凹陷型的,最小值大概在 0.4 左右
cpstar
2023-01-19 00:13:22 +08:00
https://www.desmos.com/calculator

按上述公式录入,最小值 x=0.423 ,f(x)=2.732
ziwiwiz
2023-01-19 00:33:41 +08:00
@ziwiwiz 解得应该是 x^2+1=4x^2 ,x=√3/3 ,边长为 1 就是√3/6 ,中间横线长度为 1-√3/3≈0.423
lance6716
2023-01-19 00:42:48 +08:00
@ziwiwiz 就是说为啥不是一种没那么对称的形状
lance6716
2023-01-19 00:46:58 +08:00
看到根号 3 就想起蜂巢(正六边形)的一些特殊性质,在真实世界由蜜蜂进行的模拟中它最省材料
swulling
2023-01-19 03:09:03 +08:00
应该就是 X 。而不是别的解。
swulling
2023-01-19 03:17:12 +08:00
不过仔细想了想,不是 X 。
geelaw
2023-01-19 03:59:58 +08:00
这是个相当不平凡的问题,关键词:Steiner 树。
dlsflh
2023-01-19 09:58:51 +08:00
@GiantHard 你再想想,路的最短长度,不是最短的距离,路是可以复用的。实际就是最低成本,而不是最优体验。
GiantHard
2023-01-19 10:11:42 +08:00
@dlsflh 你说的对,这个问题确实不简单,根据 15 楼的提示,找到了答案

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