问题
解答题
空间内有n个平面,设这n个平面最多将空间分成an个部分.
(1)求a1,a2,a3,a4;
(2)写出an关于n的表达式并用数学归纳法证明.
答案
(1)一条直线把平面分成2部分,所以a1=2,
两条直线把平面最多分成4部分,所以a2=4,
三条直线把平面最多分成8部分,所以a3=8,
四条直线最多分成15部分,所以a4=15;
(2)由(1)可知,an=
(n3+5n+6).证明如下:1 6
当n=1时显然成立,
设n=k(k≥1,k∈N*)时结论成立,即ak=
(k3+5k+6),1 6
则当n=k+1时,再添上第k+1个平面,因为它和前k个平面都相交,所以可得k条互不平行且不共点的交线,且其中任3条直线不共点,这k条交线可以把第k+1个平面划最多分成
[(k+1)2-(k+1)+2)]个部分,每个部分把它所在的原有空间区域划分成两个区域.因此,空间区域的总数增加了1 2
[(k+1)2-(k+1)+2)]个,1 2
∴ak+1=ak+
[(k+1)2-(k+1)+2)]=1 2
(k3+5k+6)+1 6
[(k+1)2-(k+1)+2)]=1 2
[(k+1)3+5(k+1)+6)],1 6
即当n=k+1时,结论也成立.
综上,对∀n∈N*,an=
(n3+5n+6).1 6