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n个平面将三维空间分成最多多个部分?

英才学习-阿江7个月前 (05-12)空间几何2285

n个平面将三维空间分成最多多个部分?


一个平面能把空间分成两部分;两个平面能把空间分成三部分或四部分;三个平面能把空间分成四、六、七、八部分。

一个平面能把空间分成两部分,如图(1).

两个平面能把空间分成三部分或四部分,如图(2).

三个平面能把空间分成四、六、七、八部分,如图(3).


显然1个平面将空间分成两部分,2个平面将空间最多分成四部分,3个平面将空间最多分成几部分?

在2个平面的基础上加上1个平面,为了使所分成的部分最多,所加的这个平面与原来的2个平面必须都相交(不能三个平面交于一条线),并且在所加的这个平面上要产生两条交线(注意这两条交线是平面和平面产生的交线),这时,产生在所加平面上的两条相交线,把平面分成4部分区域,其中每个平面区域又将空间区域一分为二,故增加了四部分,共计4+4=8部分。

那么,4个平面将空间最多分成多少部分呢?在3个平面将空间最多分成8部分基础上,加1个平面(即4个平面),为了使所分成的空间最多,所加平面与原三个平面都相交,这时在所加平面上产生了3条直线,并使这3条直线相交且不共点,这样把所加的平面分成了最多:1+6=7部分区域,而这7部分平面区域又将每部分经过的空间一分为二,故增加7部分,共计 8+7=15部分。


下面我们可以再进一步,来考虑n个平面将空间最多分成多少部分?

设n个平面将空间最多分成dn部分,加上一个平面即有n+1个平面,这n+1个平面最多将空间分成dn+1部分,现在来找递推关系,为了使n+1个平面分空间部分最多,所以要求加上的这一个平面与原n个平面都相交,在所加平面上最多产生n条直线,并且这n条直线将平面最多分成bn个平面区域

无标题.png


通过递推公式可以推导出通项公式:(n3+5n+6)/6


也就是:

1 个平面: S(1)=2

2 个平面: S(2)=4

3 个平面: S(3)=8

4 个平面: S(4)=15


以上探讨的平面分割的问题,那么直线分割平面的问题可以查看下面链接:

https://yc8.com.cn/wenzhang/202407/4338.html


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