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:x1x2x3n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:x1x2x3n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x1x2x30x1x2x31x1x2x32、…、x1x2x3n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x4n(x1x2x3),則x1x2x3n的非負整數解的組數,就與x1x2x3x4n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Σkn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PQR,內心為I,傍心依次為XYZ。令∠A2α,∠B2β,∠C2γ
如下圖,因為∠BCP與∠BAP對同弧BP,∠CBP與∠CAP對同弧CP,所以∠BCP=∠CBPα,所以,又,所以,故知P點為BIC的外接圓圓心,而且分別為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ICPCPX的面積相等。同理,IBPBPX的面積相等,ICQCQY的面積相等,IAQAQY的面積相等,IARARZ的面積相等,IBRBRZ的面積相等。故XYZ的面積恰為六邊形ARBPCQ的兩倍。
 
因為PQR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∠Pβγ,∠Qγα,∠Rαβ。設ABC的外接圓半徑為r,則ABC的面積可表示為2r2sin2αsin2βsin2γPQR的面積可表示為2r2sin(αβ)sin(βγ)sin(γα)利用正弦函數的二倍角公式,可把ABC的面積寫成16r2sinαsinβsinγcosαcosβcosγ,因為αβγ90°,所以可把PQR的面積寫成2r2cosαcosβcosγ,因此可知ABC面積:PQR面積=8 sinαsinβsinγ1
那麼究竟ABC的面積和PQR面積誰比較大,這就要考慮8 sinαsinβsinγ到底會大於1還是小於1了。由算幾不等式知,,又因為αβγ90°,而正弦函數在0~90°的範圍內是凹口向下,因此,故8 sinαsinβsinγ1,即ABC的面積不會大於PQR面積。

其實若要比較ABC的面積和PQR面積大小,也可以直接由和角公式與算幾不等式推得: