【數(shù)學探索】To proove:周長一定,面積最大的為圓

前提:(在平面中)
Proof:即尋找最優(yōu)解,所以解答采用“調(diào)整”的思想
1.介紹凸包:
凸包(Convex Hull)是一個計算幾何(圖形學)中的概念。
在一個實數(shù)向量空間V中,對于給定集合X,所有包含X的凸集的交集S被稱為X的凸包。X的凸包可以用X內(nèi)所有點(X1,...Xn)的凸組合來構造.
在二維歐幾里得空間中,凸包可想象為一條剛好包著所有點的橡皮圈。
用不嚴謹?shù)脑拋碇v,給定二維平面上的點集,凸包就是將最外層的點連接起來構成的凸多邊形,它能包含點集中所有的點。
2.對于一個凹多邊形,取其凸包。那么顯然這個凸包所形成的凸多邊形面積大于原凹四邊形,同時周長也小于原周長。至此,我們證明了凹多邊形非最優(yōu)解!可以推廣為邊是曲線的情況,即想像一下下圖中“AI”等邊是曲邊。

所以此時圖形應該是“凸”的
3.再取邊上的一點,作直線平分圖形周長(由連續(xù)介質(zhì)定理易證直線存在)。然后如果直線平分的左右部分面積不同,則可進行軸對稱變換,使面積較小的一部分替換為另外一側(cè)。此時周長未變,而面積增大。故可知直線平分的左右部分面積相等的圖形才為最優(yōu)解!

4.再取軸線一側(cè)邊上的一點,設其與軸線夾角為。

若,則可進行如下操作:將陰影部分繞
點旋轉(zhuǎn),使
,此時
面積更大,同時圖形周長未變,那么此部分面積通過調(diào)整變得更大。

而同理。如此遍歷邊上每一個點,應此我們能得到與:邊上任意一點與軸線所成角均為
!
而這是什么,圓?。。。。。?/p>
至此我們似乎初步證明了這個問題......

但有幾個疑點:
每一次調(diào)整是否會違背之前幾步的結(jié)論?
可否進一步用嚴謹?shù)拇鷶?shù)證明?
另外,需要注意的是
第三步不能直接推出是圓,因為有反例,橢圓就是一個!


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