作者LPH66 (圬琐)
看板puzzle
标题Re: [问题] 牛刀小试五问 02
时间Thu Jul 12 02:01:37 2012
※ 引述《cj6u40 (阿克 \⊙▽⊙/)》之铭言:
: 第二问
: 数学老师选定一个球面,并在其上找出整数坐标点。以下是他列出的部分例子:
: A(3,6,14)、B(11,2,6)、C(4,13,4)。後来,他惊讶地发现,这个球面上的正整数
: 坐标共超过一百个!该球面中心坐标为何?其上共有几个正整数坐标点?
看来又是一题被煮烂的题目了 XD
(希望不要又是因为少放了一样食材(读音:少一个条件)才煮烂的 (爆))
来把我煮出来的结果贴一下吧
以下有雷
经由一些代数运算其实大家都能找出来
圆心必然在直线 x=8t-6 y=6t-2 z=5t 上
相对应的半径是 √(125t^2 - 380t + 341)
原来的题目所想要的答案应该是对应 t = 2 的解
圆心在 (10,10,10) 半径为 9
(看这数字多漂亮啊(?))
那由於 9^2 = 6^2 + 6^2 + 3^2 = 7^2 + 4^2 + 4^2 = 8^2 + 4^2 + 1^2
所以从 (10,10,10) 开始 (+-6,+-6,+-3) (及其他共三种排列)
(+-7,+-4,+-4) (及其他共三种排列)
(+-8,+-4,+-1) (及其他共六种排列)
一共就能找到 (3+3+6)*8 = 96 个正整数点
再加上三轴方向的顶点 (1,10,10) (19,10,10) 等六点一共 102 点 符合条件
之前我将 t 代进一堆整数发现那个半径值除了 t = 2 之外都没有整数
所以原本以为应该要加上「半径为整数」的条件
不然会有其他一堆解
像是 t = 10 的情形 圆心在 (74,58,50) 半径为 √9041
但是 9041 = 63^2 + 56^2 + 44^2 = 66^2 + 62^2 + 29^2 = 67^2 + 66^2 + 14^2 + ...
一共可以写成 21 种不同的三平方和 其中只有 93^2 + 14^2 + 14^2 有重覆数字
显然的这个球面上会有超过 100 个正整数点
(连加减都不用考虑 只要考虑每个三平方和的六种排列就超过了)
所以我才推那一句好像少了这个条件
不过後来我反向思考 我要找的只要这半径值是整数就好 t 可以是有理数
所以倒过来去解 t 的二次方程找有理数
幸运(?)的是让这半径值是整数的有理数 t 也不多
搜到半径 1000 也才找到四个 t 值
t = 2 (半径 9), t = 22/5 = 4.4 (半径 33), t = 326/25 = 13.04 (半径 129)
以及最後这一个验证了有超过 100 个正整数点的
t = 1346/25 = 53.84 圆心在 (424.72, 321.04, 269.2) 半径 585
这个球面在第一卦限里的整数点个数有 108 个! (当然包含题目当中的这三个)
108 个点的清单如下:
{{3, 6, 14}, {4, 13, 4}, {4, 148, 637}, {4, 583, 580}, {7, 724, 196},
{11, 2, 6}, {13, 736, 292}, {16, 652, 13}, {17, 654, 14}, {18, 171, 662},
{38, 681, 18}, {41, 762, 246}, {66, 762, 131}, {122, 819, 218},
{129, 98, 722}, {129, 258, 770}, {137, 414, 770}, {145, 190, 766},
{150, 710, 609}, {160, 220, 781}, {171, 762, 558}, {174, 678, 659},
{174, 843, 186}, {196, 832, 439}, {210, 30, 729}, {242, 449, 810},
{242, 794, 561}, {242, 834, 483}, {292, 589, 772}, {294, 878, 147},
{349, 868, 76}, {350, 35, 774}, {361, 442, 838}, {378, 651, 750},
{390, 905, 266}, {398, 66, 795}, {398, 171, 834}, {398, 881, 102},
{438, 881, 438}, {458, 6, 761}, {458, 801, 602}, {493, 76, 796},
{506, 267, 846}, {508, 391, 844}, {508, 871, 88}, {514, 658, 739},
{521, 2, 750}, {521, 882, 134}, {522, 174, 827}, {522, 329, 846},
{523, 226, 838}, {544, 868, 439}, {555, 890, 230}, {563, 146, 810},
{570, 275, 834}, {577, 874, 154}, {579, 518, 798}, {585, 870, 146},
{587, 654, 722}, {614, 203, 810}, {614, 638, 723}, {614, 758, 609},
{616, 112, 781}, {616, 772, 589}, {654, 843, 138}, {657, 414, 798},
{662, 594, 729}, {679, 328, 796}, {702, 99, 734}, {705, 810, 426},
{713, 786, 62}, {726, 617, 674}, {770, 65, 666}, {770, 710, 537},
{781, 772, 160}, {782, 414, 723}, {796, 772, 301}, {808, 16, 589},
{808, 76, 637}, {818, 681, 510}, {823, 616, 580}, {823, 736, 376},
{832, 724, 151}, {843, 6, 530}, {866, 2, 483}, {871, 472, 616},
{874, 73, 550}, {874, 658, 433}, {875, 650, 446}, {878, 66, 537},
{878, 681, 354}, {899, 38, 462}, {902, 99, 14}, {942, 99, 110},
{942, 594, 281}, {947, 554, 146}, {962, 489, 110}, {966, 177, 438},
{966, 497, 134}, {969, 518, 354}, {976, 157, 376}, {976, 247, 88},
{977, 134, 222}, {986, 482, 305}, {990, 350, 417}, {990, 395, 138},
{990, 450, 347}, {1002, 414, 251}}
话说回来, 其实很容易发现 t 只有在某个范围里这整颗球才会全部在第一卦限
t = 2 的解也是其中之一
也就是说 只要我们加上「这整个球面全部在第一卦限」这个条件
那 t = 2 的答案就是唯一解了
不过这麽一来超过 100 个正整数点这个条件就没用了呢....
(因为会满足整个球都在第一卦限的 t 范围其实很小
约为 1.68059 ≦ t ≦ 2.34721
这当中值得注意的大概只有整数的 t = 2 吧)
如果要保留超过 100 个正整数点这个条件的话
除了半径整数外可能还要限制圆心在整数....
(当然我依然不确定这样限制之後 t = 2 还是唯一解 XD")
特别鸣谢扮演微波炉(?)帮助我煮题目的 Mathematica 的页末防雷页
--
い
ああオレたちには见えてるモノがあるbデ きっと谁にも夺われないモノがあるはずさ
け
开口一番一虚一実跳梁跋扈形影相吊yュL羊头狗肉东奔西走国士无双南柯之梦 歪も
ぶ
意味がないと思えるコトがある ラPきっとでも意図はそこに必ずある んの
く
依依恋恋空前絶後疾风怒涛有无相生 ラH急転直下物情骚然愚者一得相思相爱 だが
ろ
无意味じゃない ラ6あの意図が 恋た
で
有为転変死生有命苍天已死黄天当立 !!6五里雾中解散宣言千错万综则天去私 のり
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 140.112.28.91
1F:→ LPH66:糟了, 结果真的是少一个食材 XDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD 07/12 02:02
2F:→ LPH66:最近我好像常常把少一个食材的题目给煮了 XDDDDDDDDDDDDD 07/12 02:03
3F:推 DreamYeh:你喔XDDDDD.... 07/12 07:51
4F:→ cj6u40:好啦下次我会乖乖打完全部的题目Orz 07/12 11:26
5F:→ cj6u40:消失的D点,原题给的是(1,10,10) (逃得远远的) 07/12 11:27
6F:推 jurian0101:FindInstance ? 挖哈哈哈 07/13 20:17