yam16的三圓覆蓋問題的一個完整證明(15少證明的細節補充)

來源: 2023-03-01 13:19:12 [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀:

三個單位圓至少能覆蓋一個單位圓,最大直徑不小於2.
最大直徑大於2的一些必要條件。

三個圓的圓心必成三角形。如果是一條直線,則被覆蓋的麵積在兩條矩離為2的平行線之間。不可能有直徑大於2的被覆蓋圓。

此時,三圓形成一個三瓣花形,如圖。

2)A,B,C三點不能是被覆蓋圓的內點。因為其每一個鄰域中都有不被覆蓋的點。

考慮圓o3和它上麵的弦AB。參見上圖。
3)圓o3中AB的外側(上方)中的任一點,作半徑大於1的圓,其中必有不被覆蓋的點在外側。事實上,以點為中心作一長度大於2的平行於AB的線段,至少有一端的端點是不被覆蓋的點。
4)圓o3中AB的內側(下方)的點,以其為中心作圓,且不含有外側的外點。半徑最大值在AB的中垂線上得到。
任取一點,作AB的平行線,得一弦。考慮弦上所有的點,可以看出最大半徑在其中點處得到。
5)不考慮其它圓,這個最大半徑就是AB弧的中點與A,或B之間的距離。進一步,如果這個最大半徑大於1,則AB所對的圓心角在120與180之間。從而AB的長度在根3與2之間。
這個可以直接計算而得到。

回歸本題。最大被覆蓋圓的直徑如果大於2,由3)其圓心必在三角形ABC中。由4)圓心就是ABC的外接圓圓心。
由5)ABC三邊之間,總有a^2 + b^2 - c^2 >=3 + 3 - 2 > 0.由餘弦定理,三個角都是銳角。

由下麵題的結果,最大被覆蓋圓的直徑就是周長等於2的正三角形外接圓的直徑。

題外的話

四圓問題,邊長為2的正方形的外接圓的直徑是2sqrt(2)這個是不是答案?

五圓以上就不可能有這樣的可能了。五個圓心在正五邊形的中點,要覆蓋其內部,邊長不可能等於2.