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Gerver 沙發


GerverSofa

Gerver (1992) 發現了一種沙發,其面積大於解決移動沙發問題的最佳Hammersley 沙發。Gerver 還提供了論據,表明它要麼是最佳的,要麼接近最佳。Gerver 沙發的邊界是一個複雜的形狀,由 3 條直線段和 15 個彎曲部分組成,每個部分都由解析表示式描述。如上圖所示 (Romik 2016, 2018)。

Gerver sofa moving around a corner

上面顯示了 Gerver 沙發繞轉彎的動畫 (Romik 2016)。

Gerver 沙發的面積可以透過定義常數 ABphitheta 透過求解給出

A(costheta-cosphi)-2Bsinphi+(theta-phi-1)costheta-sintheta+cosphi+sinphi=0
(1)
A(3sintheta+sinphi)-2Bcosphi+3(theta-phi-1)sintheta+3costheta-sinphi+cosphi=0
(2)
Acosphi-(sinphi+1/2-1/2cosphi+Bsinphi)=0
(3)
(A+1/2pi-phi-theta)-[B-1/2(theta-phi)(1+A)-1/4(theta-phi)^2]=0
(4)

(Gerver 1992, Finch 2003)。這給出

A=0.094426560843653...
(5)
B=1.399203727333547...
(6)
phi=0.039177364790084...
(7)
theta=0.681301509382725...
(8)

(Gerver 1992, Finch 2003)。

MovingSofaFunctions

現在定義

 r(alpha)={1/2   for 0<=alpha<phi; 1/2(1+A+alpha-phi)   for phi<=alpha<theta; A+alpha-phi   for theta<=alpha<1/2pi-theta; B-1/2(1/2pi-alpha-phi)(1+A)-1/4(1/2pi-alpha-phi)^2   for 1/2pi-theta<=alpha<1/2pi-phi,
(9)

其中

s(alpha)=1-r(alpha)
(10)
u(alpha)={B-1/2(alpha-phi)(1+A) for phi<=alpha<theta-1/4(alpha-phi)^2; A+1/2pi-phi-alpha for theta<=alpha<1/4pi
(11)
D_u(alpha)=(du)/(dalpha)
(12)
={-1/2(1+A)-1/2(alpha-phi) for phi<=alpha<=theta; -1 if theta<=alpha<1/4pi
(13)

(Gerver 1992, Finch 2003)。

最後,定義函式

y_1(alpha)=1-int_0^alphar(t)sintdt
(14)
y_2(alpha)=1-int_0^alphas(t)sintdt
(15)
y_3(alpha)=1-int_0^alphas(t)sintdt-u(alpha)sinalpha.
(16)

最優沙發的面積然後由下式給出

S=2int_0^(pi/2-phi)y_1(alpha)r(alpha)cosalphadalpha+2int_0^thetay_2(alpha)s(alpha)cosalphadalpha+2int_phi^(pi/4)y_3(alpha)[u(alpha)sinalpha-D_u(alpha)cosalpha-s(alpha)cosalpha]dalpha
(17)
=2.21953166887196...
(18)

(OEIS A128463; Gerver 1992, Finch 2003),該值略大於最大Hammersley 沙發的面積 2.207416 (OEIS A086118),可以稱為移動沙發常數

假設凸軌跡和包絡線,Deng (2024) 使用變分法在一組曲線的引數方程上制定了一個積分泛函,該曲線透過求解尤拉-拉格朗日微分方程來確定沙發形狀。使用數值方法,這給出了一個面積為 2.2195316 的形狀,與 Gerver 沙發一致。Baek (2024) 表明,Gerver 的構造達到了最大面積 2.2195...,所使用的證明不需要計算機輔助,除了可以在科學計算器上完成的數值計算。


另請參閱

Hammersley 沙發移動沙發常數移動沙發問題

使用 探索

參考文獻

Baek, J. "Optimality of Gerver's Sofa." 2024 年 11 月 29 日。https://arxiv.org/abs/2411.19826.Croft, H. T.; Falconer, K. J.; and Guy, R. K. Unsolved Problems in Geometry. New York: Springer-Verlag, 1994.Deng, Z. "Calculus of Variation Approach and Euler-Lagrange Equations for the Moving Sofa Problem." 2024 年 8 月。 https://community.wolfram.com/groups/-/m/t/3234695.Deng, Z. "Solving Moving Sofa Problem Using Calculus of Variations." 2024 年 7 月 2 日。 https://arxiv.org/abs/2407.02587.Finch, S. R. "Moving Sofa Constant." §8.12 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 519-523, 2003.Gerver, J. L. "On Moving a Sofa Around a Corner." Geometriae Dedicata 42, 267-283, 1992.Romik, D. "MovingSofas: A Companion Mathematica Package to the Paper "Differential Equations and Exact Solutions in the Moving Sofa Problem."' Package version: 1.3. 2016 年 7 月 10 日。 https://www.math.ucdavis.edu/~romik/data/uploads/software/movingsofas-v1.3.nb.Romik, D. "Differential Equations and Exact Solutions in the Moving Sofa Problem." Exper. Math. 27, 316-330, 2018.Romik, D. "Dan Romik's Home Page: The Moving Sofa Problem." https://www.math.ucdavis.edu/~romik/movingsofa/.Sloane, N. J. A. Sequences A086118 and A128463 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

以此引用

Weisstein, Eric W. "Gerver Sofa." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/GerverSofa.html

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