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标题: [已解决]一道老题了,至今不知道答案 [打印本页]

作者: 司徒苍月    时间: 2006-2-28 14:42     标题: [已解决]一道老题了,至今不知道答案

已知:
A先生的汽车长1,宽度忽略,汽车可以以车身任一点旋转[比007的还牛X],注意汽车不能弯折[即始终保持“一”字形],问:A先生要修建一座车库[平面的,不要立体的],求占地面积最小车库设计方法。

忘记了,车库要求,汽车能在车库内转180度

以下是 青石 在53楼的回复,被设为最佳答案

QUOTE:
这个问题是Kakeya conjecture(挂谷猜想)

已经被解决了,答案是可以任意小。

搜到一段话:
“日本数学家挂谷(Kakeya)宗一于1917年提出的一个问题,原题是一武士用短棒抵挡矢石射击,换成数学记法表示为:如何将长为1的线段转过180°(或360°),使这线段扫过的面积为最小?

若棒绕一端旋转半周,扫过的半圆面积为π/2=1.57…;若棒绕中心旋转180°,扫过的面积为π/4=0.785…;若在正三角形(高为1,边长为2/sqrt3)中每一顶点处各绕60°,则扫过面积为1/sqrt3=0.577…。挂谷本人考虑内摆线,当小圆、大圆的直径分别为1/2,3/2时,曲线内任一条切线长为定值1,棒再按在正三角形内的方式转动扫过的面积为π/8=0.392…。挂谷本人及许多人都认为这就是最小面积了。

1925年美国数学家G.D.Birkhoff特别在著作中提到挂谷问题。后来,长度为1的线段可在点集中转过180°,这样的点集被称为挂谷集。挂谷问题就转化为求面积最小的挂谷集。1920年原苏联数学家Besicovitch在自己的研究领域提出一个类似的问题:是否存在一个面积(若尔当测度)为0的平面点集,它在每一方向上都有长度≥1的线度?后来他将这两个问题称为孪生问题。1928年Besicovitch解决了自己的问题,即构造出面积为0的平面点集,在每一方向上都有长度≥1的线段。接着又运用同样的方法,并借助匈牙利数学家鲍尔(J.pal)的想法进行“联结”,成功地解决了挂谷问题。他的结论出乎绝大多数人的意料:短棒扫过的面积可以任意地小(因而没有最小值)。他的方法由德国数学家佩龙(1928)和另一位数学家舍恩伯格(1962)两度化简,已成为数学中的经典例子。但他们得到的挂谷集有很多洞,因而不是单连通的。

1921年鲍尔证明了如果限于凸图形,前述的正三角形是面积最小的解(1/sqrt3)。1965年R.J.Walker首先找到比挂谷本人解答的面积更小的单连通域挂谷集。同年布洛姆、舍恩伯格和坎宁安(F.Cunningham)先后造出面积为(5-2*sqrt2)π/24(<π/11)的单连通挂谷集。1971年坎宁安终于在单位圆内作出面积可以任意小的单连通挂谷集,完全解决了单连通性和有界性两方面的问题。同时,他证明了如果限于星形(即图形内存在一点,连接它与图形中任一点的线段整个在图形中),则挂谷集的面积≥π/108。挂谷问题还有多种推广形式,如1971年戴维斯(R.O.Davies)证明了一条半径为1的圆弧转过180°,扫过的面积不能任意小。此外,将线段改为宽度很小的长方形这类问题也开始有人研究。”

[ 本帖最后由 司徒苍月 于 2008-3-4 14:35 编辑 ]
作者: 天宫公主    时间: 2006-2-28 15:14

不解... 所谓最小的车库设计, 是让车能停进去+退出来. 那么至少也应该给出一点车道的情况吧? 进车库相比在哪还要转个弯吧 (不然旋转条件岂不白费了)?
作者: 天宫公主    时间: 2006-2-28 15:16

另外, 按目前的形势, 貌似没有最小设计吧? 莫非楼主问的是infemum而不是 minimum?
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 15:18

面积为0,哈哈,
长度为1,宽度为0,就按照车的样子做一个最小型的车库,前后都开门,或者倒车........

不会要求在车库里就要任意旋转吧?那最小貌似是个圆?
作者: 司徒苍月    时间: 2006-2-28 15:29

漏了要求了
现在补上

提示答案肯定小于

派/6
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 16:41

感觉条件还是不够,比如对车门的限制,
PS:不解旋转180度是不是也可以旋转360度呢?
作者: 司徒苍月    时间: 2006-2-28 16:49



QUOTE:
原帖由crayfish于2006-02-28, 16:41:01发表
感觉条件还是不够,比如对车门的限制,
PS:不解旋转180度是不是也可以旋转360度呢?

180是减小题目难度
本来就是个假想车库,不必这么认真吧
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 17:22

楼上误会了,我看你说答案是小于pai/6,感觉可能跟车库门有关系,
不是圆就是圆弧了,那猜会和车库门有关系,到不是认真
同理那个180和360也是
作者: 吕布貂蝉    时间: 2006-2-28 17:24

至于车门什么的~~大家不妨把车子想象成敞棚车吧哈哈~~
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 17:32

车门当然不考虑了,车已经简化成直线了,是车库门
作者: yedeyao    时间: 2006-2-28 17:49

请问一下楼主是横向旋转还是竖向旋转。
作者: 春花秋月    时间: 2006-2-28 18:44

…………MS是以车身为直径的圆型,再短些车子进不去了~高度的话车高就可以了,人可以猫着腰进出~
作者: 司徒苍月    时间: 2006-2-28 19:47

所谓旋转是指以车身某点为圆心旋转
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 19:52

如果是车身上的任意一点旋转180度,那怎么可能小于pai/6呢,以顶点旋转180度扫过的面积都不止吧。不理解阿不理解,搂住公布原贴地址吧
作者: 司徒苍月    时间: 2006-2-28 21:50

我来说说我的车库,中央是三角形,三角形每端都延伸出去成为一个弧形
本题的关键在于旋转面积的重叠。

该题是我的恩师出给我的,可我没能等到他给我答案。。。。
作者: crayfish    时间: 2006-2-28 23:39

哈,楼主搜索一个 等宽度 曲线,看看是不是那个问题


点击下载,ms就是我之前提过的数学故事丛书的电子板
在里面有图案,那个旋转180度可真难理解.....

楼主确信这个不是??以前没加颜色
作者: 重阳    时间: 2006-3-1 00:38

有意思.
两个问题有点象,但也不一定就是同一个问题.这个题目有难度,再想想.
作者: yedeyao    时间: 2006-3-1 09:43



QUOTE:
原帖由yedeyao于2006-02-28, 17:49:28发表
请问一下楼主是横向旋转还是竖向旋转。

楼主还没回答我的问题呢,如果可以纵向旋转的话那么车库的面积绝对小于派/6.
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-1 09:48



QUOTE:
原帖由yedeyao于2006-03-01, 9:43:44发表
楼主还没回答我的问题呢,如果可以纵向旋转的话那么车库的面积绝对小于派/6.

我说了只考虑平面问题,车子底部始终不离开地面,好比在桌子上转筷子,筷子紧贴桌面
作者: yedeyao    时间: 2006-3-1 09:50

噢  明白了
作者: yedeyao    时间: 2006-3-1 10:00

最后一个问题  旋转的时候是否可以利用门口的空间
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-1 10:16



QUOTE:
原帖由yedeyao于2006-03-01, 10:00:31发表
最后一个问题  旋转的时候是否可以利用门口的空间

不可以
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-8 11:12

追加到1000TB,继续等待
作者: crayfish    时间: 2006-3-8 11:47



QUOTE:
原帖由crayfish于2006-02-28, 23:39:59发表
哈,楼主搜索一个 等宽度 曲线,看看是不是那个问题


点击下载,ms就是我之前提过的数学故事丛书的电子板
在里面有图案,那个旋转180度可真难理解.....


楼主确信这个不是??以前没加颜色
作者: 重阳    时间: 2006-3-8 12:03

想了一下,可以用这样的方法倒车:
第一步:正向进入车库,车尾齐车库门(下面以此方向为北方);
第二步:以车中心为轴,顺时针旋转90度;
第三步:向前(东方)开1/2;
第四步:车尾向北,车头向西(这是个平动与转动的结合),直到车身方向朝南为止;
第五步:向前(南方)开1/2,回到进入车库时的位置。
这样的车库所占面积应该是比较小的。
作者: crayfish    时间: 2006-3-8 13:17



右边的那个,明显符合旋转180的条件吧(其实就是这种描述太难理解了,直接说一个车门,但是要求车可以掉头就是了)

面积(按三等分算,是否最小,不知道,懒得列方程求最值)
P(1/3^2+4/3^2)/2-2个等边三角形的面积&lt;5Pai/18

,算了一下还是很大
作者: 重阳    时间: 2006-3-8 13:21

不会吧?你那个面积是三个扇形之和减去两个三角形
PI/6*3-SQR(3)/4*2=0.70

我这个不太好算,右上的曲线,是个包络线,没仔细证明,可能是个圆弧吧。
PI/16+(1-PI/4)=0.41

图片附件: 未命名.bmp (2006-3-8 13:21, 15.29 K) / 该附件被下载次数 375
http://xycq.org.cn/forum/attachment.php?aid=12106


作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-8 13:34



QUOTE:
原帖由重阳于2006-03-08, 13:21:09发表
不会吧?你那个面积是三个扇形之和减去两个三角形
PI/6*3-SQR(3)/4*2=0.70

我这个不太好算,右上的曲线,是个包络线,没仔细证明,可能是个圆弧吧。
PI/16+(1-PI/4)=0.41

我是一个正三角形+3个小扇形
我回去再算算是多少
可能是pai/6可能是pai/8
具体忘记了
但是你的还不够小
我的老师说他做的比0.2小

本题有趣的是,但凡做出来的都说自己做的是最小的。
作者: 重阳    时间: 2006-3-8 13:44

呵,这个题目,要找出最优解并证明出来,难度还真不是一般的大。
作者: crayfish    时间: 2006-3-8 13:49

有些人可能还在上学吧,可是我这样的早就工作了,遇到好玩的想想而已,拿起笔来算算就很难做到了。

我之前就是简单的算了下小于5Pai/18,粗心的以为是 小于Pai/6,就没想了
作者: 重阳    时间: 2006-3-8 14:10

看看这个方法:
第一步:进入车库,车尾齐车库门,以车身方向为北。
第二步1:车尾向西南方,车头向正南方移动,至车头齐车库门。
      2:向东北方前进,至车尾齐车库门。
第三步1:车尾向正西方,车头向西南方移动,至车头齐车库门,
      2:向正东方前进,至车尾齐车库门。
第四步1:车尾向西北方,车头向正西方移动,至车头齐车库门,
      2:向东南方前进,至车尾齐车库门。
第五步 :车尾向正北方,车头向西北方移动,至车头齐车库门。

这个应该是更小了。
上面的方法,是分四次调整车身角度,每次45度。还可以再多分几次,应该是分的次数越多,面积就越小。
这种平动与转动的结合,所需面积较小。单纯的转动,占地太多,应予摒弃。

图片附件: 车库.bmp (2006-3-8 14:10, 15.29 K) / 该附件被下载次数 408
http://xycq.org.cn/forum/attachment.php?aid=12107


作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-8 20:58

重阳给了我提示
是不是有个最值问题
设每次旋转X度,每次前进Y
则面积为180/x-1的图形相加
然后求最值
作者: 空度    时间: 2006-3-15 09:59

想面积小,利用率就要高,
如果建一个车头尾相接于外环
车中间相切于内环的环型车道,
那么无论大小环半径是多少这整个环型的面积是Pai/4
我们只用半个环,在把半环一分为二,一端对齐,背靠背相接,
然后把两换相连端延伸出1个车身位置,
再用个切线把两个1/4环不相连端连上,
车库就建好了,要想车顺利行进,每个1/4环两端都要延伸出1/2车长,
不过如果半径越大,1/2车长面积趋向0
顶端切线是直线,因为车身无宽度,面积为0,
实际有面积的就是两个1/4环,车库面积是Pai/8

电脑主板被我玩烧了,在外面网吧上的网,不能画图,大家凑合看
看不懂的话等过几天电脑好了补个图。
作者: 镜铠    时间: 2006-3-15 10:21

不过如果半径越大,1/2车长面积趋向0
趋向0但不能忽略,曾试过这样做,结果很恐怖。。。。

我说关键还是在于面积的重复利用
作者: 空度    时间: 2006-3-15 11:32

趋向0为什么就不是0,极限问题么

结果就是Pai/8 比你说的Pai/6小了啊,

我说的关键问题是不论半径多大

环的面积是个固定的。

况且两个1/4环相切位置也有重叠
作者: 金圭子    时间: 2006-3-17 14:03

没看懂,楼主的意思是不是车子开进去,能在车库里面旋转180度然后原方向出来?
车子能在任何一点旋转,求这个面积?
作者: 金圭子    时间: 2006-3-17 14:36



QUOTE:
原帖由 空度 于 2006-3-15 09:59 发表
想面积小,利用率就要高,
如果建一个车头尾相接于外环
车中间相切于内环的环型车道,
那么无论大小环半径是多少这整个环型的面积是Pai/4
我们只用半个环,在把半环一分为二,一端对齐,背靠背相接,
然后把两换相 ...

看了一下大家的解释,好像是我前面说的意思。
但是看了和尚的。发现的确题目中少了一条:
只要求了180度,没说车库是不是只有一个门。

如果这个180度不是原地180度,那空度的pai/8是可以成立的。
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-17 15:16

pai/8
0.39
大家继续,还是太大。
作者: 重阳    时间: 2006-3-17 15:55

空度的这个办法,好象有问题。
车子进库的时候,有一半在圆环内,一半在圆环外,要向圆环里面开,车子的后半部分必须占额外的空间才行。

考虑一下内环半径为0的情况,实际占用空间应该是2-PI/2,而不是PI/8。
作者: 金圭子    时间: 2006-3-17 15:59



QUOTE:
原帖由 重阳 于 2006-3-17 15:55 发表
空度的这个办法,好象有问题。
车子进库的时候,有一半在圆环内,一半在圆环外,要向圆环里面开,车子的后半部分必须占额外的空间才行。

考虑一下内环半径为0的情况,实际占用空间应该是2-PI/2,而不是PI/8。

是,关键内环半径不是0,而是无穷大。
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-18 13:04

问题是没有面积重叠
在不断增加
。。。。。。。。。
作者: linsi    时间: 2006-3-18 15:30

如果汽车宽度忽略不计,可以是0.
作者: 司徒苍月    时间: 2006-3-18 16:25



QUOTE:
原帖由 linsi 于 2006-3-18 15:30 发表
如果汽车宽度忽略不计,可以是0.

错了
他的问题其实是2个与车身相切圆之间的那窄缝面积,算了算是2pai。。。。。。。
作者: 空度    时间: 2006-6-1 01:47

把这个事都差点忘了,抓时间补上图吧,
顺便说下这个题,问最小多少?那什么算最小?
就象问世界上什么最好吃,无论回答什么我都可以说,这还不是最好吃的.
主要是你如果觉得这个方法大,那你说出比他小的方案,如果没人能做出更小的,那么就是最小.





作者: phoenixdaizy    时间: 2007-9-25 12:56

很简单的题目啊,大家怎么这么做。

应该是以车头,车尾扫过的两个圆在圆内的部分。
作者: 闻起    时间: 2007-9-26 01:54

汽车平面,对角线长为半径,分别以4个顶点为中心,画4圆,交集即是.

[ 本帖最后由 闻起 于 2007-9-26 01:57 编辑 ]
作者: phoenixdaizy    时间: 2007-9-26 02:47



QUOTE:
原帖由 闻起 于 2007-9-26 01:54 发表
汽车平面,对角线长为半径,分别以4个顶点为中心,画4圆,交集即是.

他刚才说没宽度,有宽度自然这么算。至于说求证。又得费点事。
作者: amenamida    时间: 2007-9-26 14:59

如果可以旋轉180度的話,最小的最大值應該是以車身為直徑的一個半圓,其面積應該是PI/8
作者: 菊未央    时间: 2007-9-26 15:08

旋转?什么方向?什么维度上的?车子能不能以后杠为圆心向上翻转?就是,车子从趴下的位置转到站直的位置.
作者: 司徒苍月    时间: 2007-9-26 21:25

过了一年,来看看
现在问题是谁都认为自己算出来的是最小的
作者: edyswghe    时间: 2007-9-28 14:31

转180度后不需要回到原地?pi/8还不够啊

[ 本帖最后由 edyswghe 于 2007-9-28 14:38 编辑 ]
作者: 伟人    时间: 2007-11-30 10:10

1/4π是正确的,唔唔,就这样。具体过程:
可以把题转化为长为1的线段,以线段上任一点为轴,旋转180°,求其旋转的最小面积。(不知道我说的对不对?)

解答如下:设轴点到两段长度分别为x,y,则x+y=1,
     其面积为1/2π(x·x+y·y)
     求其最小值。
作者: 青石    时间: 2008-3-4 12:23

这个问题是Kakeya conjecture(挂谷猜想)

已经被解决了,答案是可以任意小。

搜到一段话:
“日本数学家挂谷(Kakeya)宗一于1917年提出的一个问题,原题是一武士用短棒抵挡矢石射击,换成数学记法表示为:如何将长为1的线段转过180°(或360°),使这线段扫过的面积为最小?

若棒绕一端旋转半周,扫过的半圆面积为π/2=1.57…;若棒绕中心旋转180°,扫过的面积为π/4=0.785…;若在正三角形(高为1,边长为2/sqrt3)中每一顶点处各绕60°,则扫过面积为1/sqrt3=0.577…。挂谷本人考虑内摆线,当小圆、大圆的直径分别为1/2,3/2时,曲线内任一条切线长为定值1,棒再按在正三角形内的方式转动扫过的面积为π/8=0.392…。挂谷本人及许多人都认为这就是最小面积了。

1925年美国数学家G.D.Birkhoff特别在著作中提到挂谷问题。后来,长度为1的线段可在点集中转过180°,这样的点集被称为挂谷集。挂谷问题就转化为求面积最小的挂谷集。1920年原苏联数学家Besicovitch在自己的研究领域提出一个类似的问题:是否存在一个面积(若尔当测度)为0的平面点集,它在每一方向上都有长度≥1的线度?后来他将这两个问题称为孪生问题。1928年Besicovitch解决了自己的问题,即构造出面积为0的平面点集,在每一方向上都有长度≥1的线段。接着又运用同样的方法,并借助匈牙利数学家鲍尔(J.pal)的想法进行“联结”,成功地解决了挂谷问题。他的结论出乎绝大多数人的意料:短棒扫过的面积可以任意地小(因而没有最小值)。他的方法由德国数学家佩龙(1928)和另一位数学家舍恩伯格(1962)两度化简,已成为数学中的经典例子。但他们得到的挂谷集有很多洞,因而不是单连通的。

1921年鲍尔证明了如果限于凸图形,前述的正三角形是面积最小的解(1/sqrt3)。1965年R.J.Walker首先找到比挂谷本人解答的面积更小的单连通域挂谷集。同年布洛姆、舍恩伯格和坎宁安(F.Cunningham)先后造出面积为(5-2*sqrt2)π/24(<π/11)的单连通挂谷集。1971年坎宁安终于在单位圆内作出面积可以任意小的单连通挂谷集,完全解决了单连通性和有界性两方面的问题。同时,他证明了如果限于星形(即图形内存在一点,连接它与图形中任一点的线段整个在图形中),则挂谷集的面积≥π/108。挂谷问题还有多种推广形式,如1971年戴维斯(R.O.Davies)证明了一条半径为1的圆弧转过180°,扫过的面积不能任意小。此外,将线段改为宽度很小的长方形这类问题也开始有人研究。”

[ 本帖最后由 青石 于 2008-3-4 12:26 编辑 ]
作者: 司徒苍月    时间: 2008-3-4 14:31     标题: 回复 #53 青石 的帖子

感谢LS,终于知道究竟是什么问题了,后面挖自己去搜搜相关文献

编号: 22993         操作: 汇款         金额: 1000 通宝         操作时间: 2008-3-4 14:30         对方用户名:青石
作者: 青石    时间: 2008-3-4 18:29

hoho

多谢TB
作者: yankwee    时间: 2008-3-5 11:22

好象感觉很复杂的样子。。。。,期待高手




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