皮克定理
给定顶点座标均是整点(或正方形格子点)的简单多边形,皮克定理说明了其面积 formula_1 和内部格点数目 formula_2 、边上格点数目 formula_3 的关系:formula_4。
证明.
因为所有简单多边形都可切割为一个三角形和另一个简单多边形。考虑一个简单多边形 formula_5 ,及跟 formula_5 有一条共同边的三角形 formula_7 。若 formula_5 符合皮克公式,则只要证明 formula_5 加上 formula_7 的 formula_11 亦符合皮克公式(I),与及三角形符合皮克公式(II),就可根据数学归纳法,对于所有简单多边形皮克公式都是成立的。
多边形.
设 formula_5 和 formula_7 的共同边上有 formula_14 个格点。
formula_20
formula_21
三角形.
证明分三部分:证明以下的图形符合皮克定理:
矩形.
设矩形 formula_22 长边短边各有formula_23,formula_24个格点:
formula_28
formula_29
formula_30
formula_31
直角三角形.
易见两条邻边和对角线组成的两个直角三角形全等,且 formula_2 , formula_3 相等。设其斜边上有 formula_14 个格点。
formula_37
formula_38
formula_39
formula_40
一般三角形.
逆运用前面对2个多边形的证明:
既然矩形符合皮克定理,直角三角形符合皮克定理。又前面证明到若P,T符合皮克公式,则 formula_5 加上 formula_7 的 formula_11 亦符合皮克公式。那么由于矩形可以分解成1个任意三角形和至多三个直角三角形。
于是显然有,只有当这个任意三角形也符合皮克定理的时候,才会使得在直角三角形符合的同时,矩形也符合。
定理提出者.
Georg Alexander Pick,1859年生于维也纳,1943年死于特莱西恩施塔特集中营。
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