如何在乙個正方形內分配乙個完美的等邊三角形?

時間 2021-06-02 17:12:06

1樓:0x76

感覺問題是在問如何給出乙個面積最大的內接等邊三角形(等價於將正方形分割成無窮小的小正方形填充的情況)。

先上結論,當等邊三角形的一條角平分線與正方形的一條角平分線重合,且二者該角的頂點重合,則此時的能畫出的最大的等邊三角形的面積最大。

證明:假設正方形邊長為1,然後我們先確定等邊三角形的一條邊,該邊與正方形的某一邊的夾角記為 ,該邊邊長記為 。

對於某乙個 ,可以有無數個 ,顯然 是有界的。

又等邊三角形的面積 ,該函式在 單調遞增,所以對於任意給定的 ,找到對應的最大 即找到最大的面積。

以正方形中交我們先確定的這條邊的兩條邊建立座標系,如圖

那麼容易知道 .

通過計算可知,等邊三角形的另一頂點 .

由兩角和公式得,

又 在區間 與 中情況是對稱的,所以只需要研究 的情況.

容易知道,當 時,隨著 增大,C 會先超過正方形右邊界,因此得到 的乙個邊界條件 .

又 也要求在三角形內,所以 .

又當 時, \sin\left(\theta+\frac\right)" eeimg="1"/>.

所以 由於函式 在 遞增,在 遞減,在 遞增。

又 所以 .

由上述過程看似可以得到兩種作法。

一、以正方形乙個頂點作為三角形的乙個頂點,並在該點作與正方形邊夾角為 的射線交正方形的另一條邊。所得線段為等邊三角形的一條邊,並就此作出對於的等邊三角形。

二、作出一條長度為 ,並於正方形的一條邊夾角為 的線段,作為等邊三角形的一條邊,並就此作出對於的等邊三角形。

作法「一」

作法「二」

可看到,作法二其實就是作法一旋轉了的結果。

補充乙個更為簡單直觀的證明

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