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海爾布朗三角形問題


海爾布朗三角形問題是在單位面積的圓盤(正方形、等邊三角形等)中放置 n>=3 個點,以最大化由這 n 個點確定的 (n; 3)=n(n-1)(n-2)/6 個三角形中最小的三角形的面積 Delta(n)。對於 n=3 個點,只有一個三角形,因此海爾布朗問題退化為在正方形中由點構造的最大三角形。對於 n=4,每個配置有四個可能的三角形,因此問題是找到使這四個三角形中最小的三角形最大化的點配置。

HeilbronnSquares

對於單位正方形,最小三角形面積的前幾個最大值是

H_3=1/2
(1)
=0.5
(2)
H_4=1/2
(3)
=0.5
(4)
H_5=1/9sqrt(3)
(5)
=0.1924...
(6)
H_6=1/8
(7)
=0.125.
(8)

對於較大的 n 值,最優性證明仍然是開放的,但最知名的結果是

H_7>=(1-14x+12x^2+152x^3)_2
(9)
=0.083859...
(10)
H_8>=((sqrt(13)-1))/(36)
(11)
=0.072376...
(12)
H_9>=((9sqrt(65)-55))/(320)
(13)
=0.054876...
(14)
H_(10)>=(-9+268x-1764x^2+3456x^3)_1
(15)
=0.046537...
(16)
H_(11)>=1/(27)
(17)
=0.037037...
(18)
H_(12)>=(-1+28x+80x^2+64x^3)_1
(19)
=0.032599...
(20)
H_(13)>=0.026697431807596567
(21)
H_(14)>=(1-60x+768x^2+320x^3)_2
(22)
=0.024304...
(23)
H_(15)>=(29)/(1395)
(24)
=0.020789...
(25)
H_(16)>=7/(341)
(26)
=0.020528...,
(27)

上述配置展示了導致最大最小三角形的情況(Friedman 2006;Comellas 和 Yebra 2002;D. Cantrell 和 M. Beyleveld,私人通訊,2006 年 8 月 16 日)。這裡,符號 (P(x))_n 表示多項式根。可以看出,解決方案具有很大的對稱性,大量最大最小三角形共享相同的面積。

HeilbronnDisks

對於單位面積的圓盤,海爾布朗配置直到 7 都是圍繞圓周的點對稱排列。圓的最佳已知海爾布朗常數是

H_3=(3sqrt(3))/(4pi)
(28)
=0.413497...
(29)
H_4=1/pi
(30)
=0.318310...
(31)
H_5=(sqrt(5/3(5-sqrt(5))))/(4pi)
(32)
=0.209182...
(33)
H_6=(sqrt(3))/(4pi)
(34)
=0.137832...
(35)
H_7>=((-343+294x^2-35x^4+x^6)_4)/(4pi)
(36)
=0.093700...
(37)
H_8>=((-7+14x^2-7x^4+x^6)_4)/(4pi)
(38)
=0.069055...
(39)
H_9>=0.05531071895608711
(40)
H_(10)>=((-27+81x^2-18x^4+x^6)_4)/(4pi)
(41)
=0.047869...
(42)
H_(11)>=0.03494193340280051
(43)
H_(12)>=0.03339560352492413
(44)
H_(13)>=0.02726586326658908
(45)
H_(14)>=0.02414611295141071
(46)
H_(15)>=0.02229427231706078
(47)
H_(16)>=((-9+103x+452x^2+476x^3+3776x^4+976x^5)_3)/pi
(48)
=0.021051...
(49)

(Friedman 2007;D. Cantrell 私人通訊,2007 年 6 月 18 日)。

HeilbronnTriangles

使用單位面積等邊三角形代替會得到以下常數

H_3=1
(50)
H_4=1/3
(51)
=0.3333...
(52)
H_5=3-2sqrt(2)
(53)
=0.1715...
(54)
H_6=1/8
(55)
=0.137832...
(56)
H_7>=7/(72)
(57)
=0.097222...
(58)
H_8>=0.06778914101959856
(59)
=0.067789...
(60)
H_9>=(43)/(784)
(61)
=0.054847...
(62)
H_(10)>=0.04337673349889024
(63)
H_(11)>=0.03609267801015405
(64)
H_(12)>=0.03100478174352528
(65)
H_(13)>=0.02456425934867466
(66)
H_(14)>=0.02377577301721215
(67)
H_(15)>=0.02109025290939601
(68)
H_(16)>=0.01797627598723551
(69)

(Friedman 2007;D. Cantrell,私人通訊,2007 年 6 月 18 日)。

海爾布朗猜想

 Delta(n)<c/(n^2),
(70)

但 Komlós et al. (1981, 1982) 透過證明以下內容反駁了這一點

 Delta(n)>(lnn)/(n^2)
(71)

特別是存在常數 c 使得

 (clnn)/(n^2)<=H_n<=C/(n^(8/7-epsilon))
(72)

對於任何 epsilon>0 和所有足夠大的 n。Roth (1951) 然後證明了

 Delta(n)<<1/(n(lnlnn)^(1/2)),
(73)

Schmidt (1971/1972) 將其改進為

 Delta(n)<<1/(n(lnn)^(1/2)),
(74)

Roth 進一步改進為

 Delta(n)<<1/(n^mu-epsilon),
(75)

最初為 mu=2-2/sqrt(5)>1.1055 (Roth 1972ab),後來為 mu=(17-sqrt(65))/8>1.1172 (Roth 1976;Guy 1994,p. 243)。David Cantrell 發現了一個啟發式上限,由以下公式給出

 Delta(n)<(3logn-2+3)/(3n^2-14n+18).
(76)

另請參見

圓盤點選取, 圓盤三角形選取, 正方形點選取, 正方形三角形選取, 三角形點選取, 三角形三角形選取

使用 探索

參考文獻

Comellas, F. 和 Yebra, J. L. A. "海爾布朗數的新下界。" 電子雜誌. 組合. 9, 2002. http://www.combinatorics.org/Volume_9/PDF/v9i1r6.pdf.Finch, S. R. 數學常數。 英國劍橋:劍橋大學出版社,2003 年。Friedman, E. "海爾布朗問題。" http://www.stetson.edu/~efriedma/heilbronn/.Friedman, E. "圓的海爾布朗問題。" http://www.stetson.edu/~efriedma/heilcirc/.Friedman, E. "正方形的海爾布朗問題。" http://www.stetson.edu/~efriedma/heilbronn/.Friedman, E. "三角形的海爾布朗問題。" http://www.stetson.edu/~efriedma/heiltri/.Goldberg, M. "最大化正方形中 N 個點構成的最小三角形。" 數學雜誌. 45, 135-144, 1972.Guy, R. K. 數論中的未解決問題,第二版。 紐約:施普林格出版社,pp. 243-244, 1994.Jiang, T.; Li, M.; 和 Vitányi, P. "海爾布朗型三角形的平均面積。" 隨機結構與演算法 20, 206-219, 2002.Komlós, J.; Pintz, J.; 和 Szemerédi, E. "關於海爾布朗三角形問題。" 倫敦數學學會雜誌 24, 385-396, 1981.Komlós, J.; Pintz, J.; 和 Szemerédi, E. "海爾布朗三角形問題的下界。" 倫敦數學學會雜誌 25, 13-24, 1982.Roth, K. F. "關於海爾布朗的一個問題。" 倫敦數學學會雜誌 26, 198-204, 1951.Roth, K. F. "關於海爾布朗的一個問題。II。" 倫敦數學學會會刊 25, 193-212, 1972a.Roth, K. F. "關於海爾布朗的一個問題。III。" 倫敦數學學會會刊 25, 543-549, 1972b.Roth, K. F. "海爾布朗三角形問題的進展。" 數學進展 22, 364-385, 1976.Schmidt, W. "關於海爾布朗的一個問題。" 倫敦數學學會雜誌 4, 545-550, 1971/1972.

在 中被引用

海爾布朗三角形問題

請引用為

Weisstein, Eric W. "海爾布朗三角形問題。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/HeilbronnTriangleProblem.html

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