数学
返回数联天地首页
当前位置: 数学 » 数学竞赛 » 平面几何 » N个平面可以把空间分成几部分

N个平面可以把空间分成几部分

时间:2009-02-12 09:10 点击:
大家可能接触过N条直线最多把一个平面分成多少份的问题,这是比较简单的,那么向空间拓展,N个平面又最多能够把一个空间分成几份呢?本文正是数学原点的对这个知识点的探讨与总结
  

本文由数学原点整理,想进一步了解或者探讨本文内容,请访问或联系她的个人博客:http://blog.sina.com.cn/gangbi122;您也可以加入她的数学群,最爱数学:77511533,一起讨论数学问题

立体几何的中有一个问题:“3个相互平行的平面可将空间分成几部分?”正确的解答:“4个部分.”接着提出:“3个平面可将空间分成几部分?”的问题,由于去掉了“相互平行”的条件,这个问题必须分类讨论回答.

  当3个平面相互平行时,分空间为4个部分;

  当有且仅有两个平面平行时,分空间为6个部分;

  当3个平面两两相交于一条直线时,分空间为6个部分;

  当3个平面两两相交,3条交线不交于同一点时,分空间为7个部分;

  当3个平面两两相交,3条交线交于一点时,分空间为8个部分.

  于是我们得出“3个平面最多可将空间分为8个部分”的结论.在这一背景下,提出了值得深入研究的新课题:“4个平面最多可将空间分为多少部分?n个平面又将空间最多分成多少部分?”

对“4个平面最多可以把空间分成多少部分”的研究取得成功的方法是多样的,可以采取作图直观计数,可以采用以三棱锥为载体计数,可以采用递推分析.不妨将第二种方法作一个简单介绍:三棱锥的4个面延展后就成了4个平面两两相交,且交线互不平行,每3个平面相交于一点,4个交点就是三棱锥的4个顶点.每个顶点各自“对着”一部分空间,4个顶点,6条棱,4个面“对着”14个部分空间,但4个面中间围了一部分空间,所以4个平面最多可将空间分成15个部分.

  但用类似的方法却不能解决n个平面分空间的问题.但是我们采用实验、观察、归纳的方法得出了n个平面最多可以将空间分为 部分.

  我们的探索过程是这样的:1个点最多将1条直线分为2部分,2个点分为3部分,3个点分为4部分……;l条直线最多将平面分为2部分,2条直线分为4部分,3条直线分为7部分……;1个平面最多将空间分为2部分,2个平面分成4部分,3个平面分为8部分……通过列表、观察、归纳,得出了一个递推关系,于是推得结论.

这是一个与自然数n有关的数学命题,它的证明要用到数学归纳法

  

特别地, P(1,n)=n+1,即n个点可把一条直线(一维空间)最多分成n+1部分;

,即n条直线可把一个平面(二维空间)最多分成 部分; ,即n个平面可把一个空间(三维空间)最多分成 部分.

简单的概括就是

n个点最多把直线分成C(n,0)+C(n,1)份; 
n条直线最多把平面分成C(n,0)+C(n,1)+C(n,2)份; 
n个平面最多把空间分成C(n,0)+C(n,1)+C(n,2)+C(n,3)=(n³+5n+6)/6份; 
n个空间最多把“时空”分成C(n,0)+C(n,1)+C(n,2)+C(n,3)+C(n,4)份; 
…… 
C(a,b)表示从a个元素中取b个的组合数。

数学原点的更多文章:
高中数学易错、易混、易忘问题备忘录
高中数学公式结论大全
立体几何常见正确文字命题
立体几何常见错误文字命题
N个平面可以把空间分成几部分
--------------------------------------
N个平面可以把空间分成几部分评论 查看所有评论
发表对N个平面可以把空间分成几部分评论 查看所有评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
用户名: 密码: 验证码:
最新文章
随机文章