问题 解答题
平面内n条直线,其中任何两条不平行,任何三条不共点.
(1)设这n条直线互相分割成f(n)条线段或射线,猜想f(n)的表达式并给出证明;
(2)求证:这n条直线把平面分成
n(n+1)
2
+1
个区域.
答案

(1)f(2)=4,f(3)=9,f(4)=16,.

∴猜想f(n)=n2.以下用数学归纳法证明:①当n=2时,f(2)=4=22,猜想正确.

②假设n=k(k≥2)时猜想正确,即f(k)=k2

则当n=k+1时,这第k+1条直线与原来的k条直线分别相交,新增k个交点,

它们分别把原来的一条线段或射线一分为二,

使原来的k条直线新分割出k条线段或射线,

又这k个交点还把第k+1条直线分割为k+1条线段或射线.

∴当n=k+1时,猜想也正确.

根据①②知,对大于1的任意自然数n,猜想都正确.

(2)证明:①当n=1时,一条直线把平面分为两部分,

而n=1时

n(n+1)
2
+1=2,∴n=1时命题正确.

②假设n=k时命题正确,即k条直线把平面分成

k(k+1)
2
+1个区域,

则n=k+1时,第k+1条直线被原来的k条直线截成k+1条线段或射线,

而每一条线段或射线都把它们所占的一块区域一分为二,

故新增加出k+1块区域,

因此k+1条直线把平面共分成

k(k+1)
2
+(k+1)+1,即
(k+1)(k+2)
2
+1
个区域.

∴当n=k+1时命题也成立.

由①②可知,对任意的n∈N*,命题都成立.

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