假设平面点集 具有性质:
(i) 任意三点不共线;
(ii) 任意两点距离各不相等。
对于 中两点 ,若存在 使得
,则称 是 的一条中边。对于 中三点 ,若 都是 的中边,则称 是 的中边三角形。求最小的 ,使得任意具有性质 (i) 和 (ii) 的 元平面点集 中一定存在中边三角形。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
六点两色边必有单色三角形,可直接以“三条同色邻边”证明。几何下界构造需满足题设全部距离与共线限制。
想法从哪来:一条边是不是中边可由很多第三点作见证,直接比较全部距离会重复劳动。先把中边染红、其余边染蓝;任意三点都有唯一中等长度边,所以蓝色三角形绝不可能出现。要迫出红三角形,六点的两色边结构正好能用一个顶点的五条边和抽屉原理:至少三条同色,这三个邻点之间无论怎样染,都会出现某色三角形,蓝色又被禁止,只能是所需红色。这个组合上界还不说明五点真能失败,必须给平面坐标构造,逐项核距离互异、无三点共线,并确认全部中边只构成一个五环,不能用抽象染色图替代几何实现。
每个三角形都贡献自己的唯一中边,所以非中边图不可能含三角形。六点的二染边保证定理可直接证明,再给五点的精确坐标反例。
以中边为红边,其他为蓝边。任意三点的三条距离不同,其中间长度的一边按该三点已是中边,所以不存在蓝色三角形。 对六点,任取一个点,它向其余五点的边至少有三条同色。若三条为红,三个邻点间有红边便得红三角形,否则它们全蓝也构成被禁止的蓝三角形。若三条为蓝,则三个邻点间的每条边都必须为红,否则与原点组成蓝三角形,因而仍得红三角形。故六点必有中边三角形。 证明五点不足,取
十条边的平方长度按 为
全不相同。十个三点组的有向面积二倍数按 为
都不为零。逐三点比较长度,它们的中边依次为
所以全部中边恰为五边形环 ,没有三角形。该构型满足两条原性质,故最小保证点数为 。
中边是相对于整个点集定义,反例必须检查所有十个三点组,不能只说某一三角形的最短或最长边不是中边。所列中边表覆盖全部三点组,面积表同时排共线。
几何中间量可先作关系图,以局部必有关系排掉补图三角形,再用小规模二染论证;最小性用坐标和完整关系表核坏构型。
先从每个三角形的唯一中边推出补图禁三角形,再自证六点二染结论;五点最小性须构造满足全部距离不同和无共线的精确关系图。
已记下,谢谢!