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Cortar un cuadrado unidad en cuadrados más pequeños

Mi profesor de álgebra me dio este rompecabezas de un tiempo atrás. Estoy bastante seguro de que he encontrado la solución adecuada; sin embargo, he querido compartirlo y ver si usted viene para arriba con algo realmente bueno o inesperado.

Demostrar que si usted toma una unidad de la plaza y el corte en un número finito de cuadros pequeños (de cualquier manera que usted puede pensar), las longitudes de los lados de los cuadrados más pequeños, son todos racionales.

P. S. La primera etiqueta fue mi profesor de la pista.

[Editar] para que quede claro, cada pieza debe ser en realidad un cuadrado (por ejemplo, sin pegamento de dos triángulos en una plaza).

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David HAust Puntos 2696

Desde su profesor sugerencia fue el uso de álgebra lineal, la intención de la prueba es probablemente el de Hadwiger - empleando una base de Hamel $\:\mathbb R\:$ $\:\mathbb Q\:$ construir aditivo "área" de las funciones con el fin de deducir una contradicción (como en Yuval la respuesta). Sus resultados fueron probados por Dehn circa 1900 por diferentes complicados métodos. Aunque Hamel del trabajo sobre bases de Hamel se produjo poco después, en 1905, no fue hasta mucho más tarde en la década de 1950 que Hadwiger y sus estudiantes notado que Hamel bases podría ser empleado para simplificar en gran medida Dehn de pruebas. Para una buena exposición de ver Freiling; Rinne: Mosaico de un cuadrado con similar rectángulos. Vale la pena destacar que el uso del axioma de elección en la construcción de una base de Hamel puede eliminarse fácilmente para aplicaciones de este tipo, por ejemplo, ver la discusión en la sección 2 de Feshchenko et. al.: La disección de un ladrillo en barras.

14voto

John Fouhy Puntos 759

Este teorema fue demostrado por Max Dehn a principios del siglo 20.

Supongamos que hay algunos cuadrado cuyo lado $s$ no es racional. Recoger algunas $\mathbb{Q}$-homomorphism $h$ tal que $h(1) = 0$$h(s) = 1$. Definir el área de $\sigma(R)$ de un rectángulo $R$ con lados de $a,b$$h(a)h(b)$. Mostramos a continuación que si un rectángulo $R$ se divide en rectángulos $R_i$ $$\sigma(R) = \sum \sigma(R_i).$$ Take $R$ to be the unit square, and $R_i$ the squares into which it is partitioned. If $R_i$ has side $s_i$ then we get $$0 = h(1)^2 = \sigma(R) = \sum \sigma(R_i) = \sum h(s_i)^2 \geq h(s)^2 = 1.$$ Esta contradicción muestra que todas las partes deben ser racional.

Queda por demostrar que $\sigma$ es aditivo. Extender a todos los lados en la partición de $R$ para obtener una cuadrícula $G_j$. A partir de la suma de $h$ podemos conseguir fácilmente a $$\sigma(R) = \sum\sigma(G_j) = \sum\sigma(R_i).$$

El uso de métodos similares, usted puede mostrar los siguientes ligeramente más fuerte teorema: Supongamos que un rectángulo se divide en cuadrados. A continuación, todos borde longitudes son racionalmente relacionados.

De hecho, si fuera rectángulo había lados $a,b$ no racionalmente, dependiente de la entonces podríamos elegir un homomorphism $h$ tal que $h(a)=1,h(b)=-1$, y luego que $-1$ es una suma de cuadrados. Wlog, $a,b$ son racionales, y la prueba anterior completa el argumento.

7voto

Alex Bolotov Puntos 249

Creo que hay también una prueba mediante la asociación de las baldosas con una red eléctrica!

Esta es una sección en el libro "la Moderna Teoría de grafos" por Béla Bollobás.

Se titula "el Cuadrado de la Plaza" y está numerado de la sección II.2. Ver esto: http://books.google.com/books?id=SbZKSZ-1qrwC&pg=PA46.

Una instantánea de la página que habla sobre Dehn del teorema y es una prueba (que también se encuentra aquí: http://books.google.com/books?id=SbZKSZ-1qrwC&pg=PA48):



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Nota, aunque la sección comienza hablando sobre el mosaico de cuadrados de diferentes longitudes, la prueba de Dehn del teorema (y el problema que buscar) es esencialmente allí.

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