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Polígonos enrejados convexos de igual área y perímetro

Un polígono convexo cuyos vértices tienen coordenadas enteras es un polígono convexo enrejado.

  1. ¿Existen polígonos convexos no congruentes entre sí que tengan la misma área y el mismo perímetro?

  2. Si la respuesta a la pregunta 1 es afirmativa, ¿existen polígonos de celosía convexos que puedan cortarse en algún número entero de polígonos de celosía convexos que no sean todos congruentes y tengan todos la misma área y el mismo perímetro?

Nota: Las preguntas tienen análogos naturales en dimensiones superiores.

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Peter Puntos 1681

    Octagons

El teorema de Pick dice que estos dos polígonos convexos tienen área $$i+\frac{b}{2}-1 = 4 + 10/2 -1 = 8 \;,$$ y ambos tienen perímetro $8 + 2 \sqrt{2}$ . Se puede ver que he "sacado" dos esquinas de un octógono subyacente.

(Estoy interpretando la frase del PO "la misma área y perímetro" como "la misma área y el mismo perímetro" en contraposición a "la misma área y el mismo perímetro, con el área numéricamente igual al perímetro").

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maxtopus Puntos 90

Esto responde también a la pregunta 2. Pero creo que ambas preguntas son más adecuado para math.stackexchange .

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Añado otro ejemplo porque, a diferencia del primero, tiene la propiedad de que multiplicado por $I^{n-2}$ da más ejemplos en $\mathbb{R}^n$ también:

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user110389 Puntos 1

Mi comentario anterior "paralelogramo y cometa" señalaba una familia infinita de ejemplos de grupos de $m$ polígonos convexos enrejados en los que todos los del mismo grupo tienen el mismo diámetro, perímetro y área (donde finito $m$ puede ser arbitrariamente grande). Hay incluso dos familias infinitas de este tipo.

Las dos primeras familias de poder:

Dejemos que $\ d_1>d_2>\ldots>d_n>0,\,\ $ y $\,\ y_0 > 0\,\ $ y $\,\ y_k=y_{k-1}+d_k\ $ para $\ k=1\ldots n.$

Dejemos que $\ 0\le a_0<a_1<\ldots a_n\,\ $ y $\,\ x_0:=X\ \ge \ a_0+ 2\cdot(a_0+\ldots +a_{n-1})+ a_n.$

Comenzamos con $4$ vértices $\ (0\ 0)\ $ y $\ (X\ 0)\,\ $ y $\ (\xi_0\ y_0):=(0\ y_0)\ $ y $\ (\eta_0\ y_0):=(x_0\ y_0).$

A continuación, tenemos $\ (\xi_k\ y_k)\,$ y $\ (\eta_k\ y_k),\ $ donde $$ \xi_k:=\xi_{k-1}+a_k\qquad\text{and}\qquad \eta_k:=\eta_{k-1}-a_{k-1} $$ o $$ \xi_k:=\xi_{k-1}+a_{k-1}\qquad\text{and}\qquad \eta_k:=\eta_{k-1}-a_k $$ por cada $\ k=1\ldots n.$

De esta manera, para los fijos $d_k$ y $a_k$ y $X$ obtenemos una familia de $2^n$ poligonal al considerar todos los vértices anteriores, y obtenemos una $2^n$ polígonos cuando omitimos $\ (0\ 0)\ $ y $\ (X\ 0).$ Dentro de cada uno de estos dos grupos, el perímetro y el área son respectivamente iguales.

Además, muchos de ellos también pueden tener el mismo diámetro. En particular, cuando se ponen algunas restricciones adicionales, entonces todos ellos dentro del mismo grupo tendrán el mismo diámetro igual a $\ \sqrt{h_0^{\,2}+X^2}\ $ en el caso de $2^{n+1}$ -grupo o $\ X\ $ en el caso del $2^n$ -grupo, respectivamente.

Las segundas dos familias de poder:

Se toman dos miembros (los dos pueden ser iguales) de una de estas familias, se toma un reflejo especular de uno de estos dos miembros con respecto al eje x en el caso del $2^{n+1}$ -y con respecto a la línea paralela $y=y_0$ . El conjunto de unión de los vértices de estos dos polígonos forma el conjunto de vértices de un respectivo polígono reticular convexo del tipo SEGUNDO, y tenemos una situación similar a la del PRIMER caso.

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