Kyle's blog (廖培凱)
從一些書、文章、上課的內容中,我去思考、整理出一些關於數學的小東西,雖然功力有限,但至少我可以回顧,當然也樂於與人分享。
2013年5月29日 星期三
重複組合、巴斯卡定理及Σk^n的公式(課堂筆記)
在教到重複組合的課程時,有一道題目:
x
1
+
x
2
+
x
3
=
n
的非負整數解有幾組?解法類同
n
顆相同的球與
2
個+號做排列的情況,即
組。
若將題目改成:
x
1
+
x
2
+
x
3
≦
n
的非負整數解有幾組?可以用兩種想法來考慮,較直觀的方式,就是直接算
x
1
+
x
2
+
x
3
=
0
、
x
1
+
x
2
+
x
3
=
1
、
x
1
+
x
2
+
x
3
=
2
、…、
x
1
+
x
2
+
x
3
=
n
的非負整數解的組數和,即有
組解,再利用巴斯卡定理
,可得:
這一題也可以直接這樣思考,令
x
4
=
n
-
(
x
1
+
x
2
+
x
3
)
,則
x
1
+
x
2
+
x
3
≦
n
的非負整數解的組數,就與
x
1
+
x
2
+
x
3
+
x
4
=
n
的非負整數解的組數一樣多,故共有
組,與上面的解法結果一致。
若我們直接考慮
這個結論,把它寫成
故得
同理,若由
,重寫後可得
利用同樣的方法,也可以得到其他Σ
k
n
的公式。
2013年5月23日 星期四
傍心連成的三角形與原三角形的面積關係
先把各點和各角規定好:
△
ABC
的三個角平分線分別交外接圓於
P
、
Q
、
R
,內心為
I
,傍心依次為
X
、
Y
、
Z
。令∠
A
=
2
α
,∠
B
=
2
β
,∠
C
=
2
γ
。
如下圖,因為∠
BCP
與∠
BAP
對同弧
BP
,∠
CBP
與∠
CAP
對同弧
CP
,所以∠
BCP
=∠
CBP
=
α
,所以
,又
,所以
,故知
P
點為
△
BIC
的外接圓圓心,而且
和
分別為
∠
C
的內、外角平分線,所以∠
ICX
為直角,故
X
也會在
△
BIC
的外接圓上,因此
△
ICP
和
△
CPX
的面積相等。同理,
△
IBP
和
△
BPX
的面積相等,
△
ICQ
和
△
CQY
的面積相等,
△
IAQ
和
△
AQY
的面積相等,
△
IAR
和
△
ARZ
的面積相等,
△
IBR
和
△
BRZ
的面積相等。故
△
XYZ
的面積恰為六邊形
ARBPCQ
的兩倍。
因為
P
、
Q
、
R
分別為
、
、
的中點,所以
△
PQR
的面積為
△
XYZ
面積的四分之一。若考慮
△
PQR
各角所對的弧,很容易可得∠
P
=
β
+
γ
,∠
Q
=
γ
+
α
,∠
R
=
α
+
β
。設
△
ABC
的外接圓半徑為
r
,則
△
ABC
的面積可表示為
2
r
2
.
sin2
α
.
sin2
β
.
sin2
γ
,
△
PQR
的面積可表示為
2
r
2
.
sin(
α
+
β
)
.
sin(
β
+
γ
)
.
sin(
γ
+
α
)
。
利用正弦函數的二倍角公式,可把
△
ABC
的面積寫成
16
r
2
.
sin
α
.
sin
β
.
sin
γ
.
cos
α
.
cos
β
.
cos
γ
,因為
α
+
β
+
γ
=
90°
,所以可把
△
PQR
的面積寫成
2
r
2
.
cos
α
.
cos
β
.
cos
γ
,因此可知
△
ABC
面積:
△
PQR
面積=
8
sin
α
.
sin
β
.
sin
γ
:
1
。
那麼究竟
△
ABC
的面積和
△
PQR
的
面積誰比較大,這就要考慮
8
sin
α
.
sin
β
.
sin
γ
到底會大於
1
還是小於
1
了。
由算幾不等式知,
,又
因為
α
+
β
+
γ
=
90°
,而正弦函數在
0~90
°的範圍內是凹口向下,因此
,故
8
sin
α
.
sin
β
.
sin
γ
≦
1
,即
△
ABC
的面積不會大於
△
PQR
的
面積。
其實若要比較
△
ABC
的面積和
△
PQR
的
面積大小,也可以直接由和角公式與算幾不等式推得:
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