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¿Hay más de una forma de dividir el trominó en forma de "L" en cuatro partes congruentes, conectados?

Recientemente mi hermana-en-ley, que está entrenando para convertirse en una escuela secundaria profesor de matemáticas, me hizo la siguiente pregunta:

Considere el siguiente polígono construido por tres adyacentes plazas de igual área. (Aka, "un tromino".) Determinar un método para subdividir este polígono en cuatro polígonos congruentes.

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Después de algunos minutos, se me ocurrió lo que yo creo que es la respuesta más obvia (mis disculpas por mis dibujos garabateados).

(SPOILER!)

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En retrospectiva, esta es una respuesta intuitiva, puesto que se trata de la construcción de las subdivisiones por reescalado el original polígono y la aplicación de un Euclidiana isometría para el resultado. Para mi gran consternación, no puedo pensar en otra respuesta.

Pregunta. Cómo muchas de las respuestas están ahí a la pregunta de mi hermana-en-ley? Si la respuesta anterior es único, es fácilmente comprobable, y ¿cuál es la prueba?

Adenda. También me gustaría estar interesado, si hay un suelo de baldosas de la tromino que consta de cuatro congruentes, conectado partes que no son necesariamente los polígonos.

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Anthony Cramp Puntos 126

Hace mucho tiempo mi padre vino con este. Si estas piezas están "conectados" depende de si o no las piezas son sus límites.

diagram

agregó
Con Jon método podemos obtener una gran cantidad de estos. Y conectado (si el recuento de los límites).

diagram2

4voto

Colm Bhandal Puntos 2719

No Convexo de Soluciones con 8 o más lados

Teorema: El tromino no puede ser acomodada por convexo baldosas de cada uno de los cuales tiene al menos 8 lados.

Prueba:el Aviso de que un convexo de baldosas puede tener en la mayoría de los dos lados verticales y en la mayoría de los dos lados horizontales. Observe también que los lados de la tromino lados son todos, ya sea vertical u horizontal. Ahora, vamos a suponer que hacia una contradicción que un convexo mosaico existe, donde todas las piezas tienen $8$ o más de sus lados. El foco en cualquier azulejo de la llamada es de $T$, así que podemos referirnos a ella más tarde. Ya que en la mayoría de los $4$ de sus lados, ya sea vertical u horizontal, de por lo menos $4$ de sus lados debe ser ni vertical ni horizontal, y por tanto debe cruzar el interior de la tromino. Ahora, observe que para cada lado, debe haber al menos uno de los otros azulejos adyacentes a $T$ compartir este lado. Pero todas estas fichas adyacentes deben ser distintos. De lo contrario, por la convexidad podríamos dibujar una línea a través del interior de $T$ que también está en el interior de una de las otras formas. Pero la distinción de estas formas implica que hay al menos $5$ azulejos en total, contradiciendo el hecho de que sólo estamos enfocados en $4$-apuntados.

Notas: creo que esta prueba puede ser enormemente fortalecido por alguien con inteligencia, paciencia y tiempo. Yo estaría encantado si alguien podía llevar a mis ideas.

No hay Convexo de Soluciones

Actualización: Como bien se señaló en los comentarios de abajo, esta prueba es de $\color{red}{\text{incorrecto}}$. No considera el caso donde un convexo verde de la región sigue siendo. Estoy desesperadamente de trabajo para la revisión de mi vergonzoso error. Os dejo este error, intento miserable en la esperanza de que pueda resurgir de las cenizas como el ave mítica, el ave fénix.

Teorema: El tromino no puede ser acomodada por convexa de las baldosas.

Prueba: Observe que el tromino es de $3$ plazas. Para simplificar, vamos a suponer que son la unidad de plazas. A continuación, todas las piezas se han de área $\frac34$. Ahora, mira el rectángulo en la esquina inferior derecha de la tromino de longitud $1$ y la amplitud de $\frac34$; llame a $R$. $R$ área $\frac34$, por lo que es un posible candidato para el suelo de baldosas. Pero puede ser fácilmente observado que ninguna de mosaico con $R$ es posible.

Rectangular tile in the bottom right of the Tromino

Ahora, a mantener su enfoque en que la parte inferior derecha de la región cuya forma es de $R$. Porque no hay un mosaico con $R$, claramente debe haber un icono de cruzar el lado izquierdo de esta región - de lo contrario, la forma de la pieza sería de $R$. Tenga en cuenta que esta debe ocupar en cualquier suelo de baldosas. En el siguiente intento de plasmar esto en general, que es difícil, el uso de una elipse amarilla para representar el azulejo de cruzar la línea en la región de $R$:

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Ahora, suponiendo que los azulejos son convexos, el resto de la región $R$ es en mosaico es cóncava*. Así que no puede ser recubierta con una sola convexa de la baldosa. En menos de us $2$ debe ser utilizado. Pero aviso que el tromino es auto-similar. Así que todos los anteriores deben aplicarse también a la esquina superior izquierda. Lo que significa que en menos de $1 + 2 + 2 = 5$ baldosas serán necesarios, rompiendo la regla de que no son sólo $4$ azulejos.


*Tenga en cuenta que el caso especial donde el resto de la $R$ es convexa sólo puede ser satisfecho si este resto está desconectado del resto de la tromino. Pero, a continuación, el área sería de menos de $\frac34$, y así es imposible azulejo.

Me doy cuenta de que la convexidad puede ser un poco de una fuerte suposición, pero creo que hay ideas que se pueden llevar adelante. Si alguien quiere una prueba de la imposibilidad de un mosaico por $R$, por favor deje un comentario y lo añadiré.

2voto

Jon Mark Perry Puntos 4480

La primera parte es cierto. Primero, considere las posibilidades para el posicionamiento de la tromino en la esquina inferior derecha:

tromino1

Los dos primeros, obviamente, no funciona, el segundo dos conducen a:

tromino2

de los cuales sólo el segundo tiene una solución:

tromino7

Hay otro embalaje:

tromino3

Para la conexión de envases tenemos que el eje de simetría de la tromino puede ser atravesada $0$, $2$ o $4$ veces. Un extraño cruce de número de particiones de la tromino en $2$ con un número impar de 'polytroms' a la izquierda.

tromino4

Con $0$ cruce que tendría la partición del trapecio, pero como esta forma no tiene ningún eje de simetría, reflectante o de rotación, esto es imposible.

tromino5

tromino6

Con $4$ cruces, estamos muy limitado en cuanto a opciones.

Con $2$ cruces, tenemos el original y mi desconectado versiones. Otros parecen muy remoto, debido a los diversos argumentos de las limitaciones y las simetrías.

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