问题 填空题

空间内5个平面最多可将空间分成______个部分.

答案

首先:研究n条直线最多可将平面分割成多少个部分?(这n条直线中,任两条不平行,任三条不交于同一点),设n条直线最多可将平面分割成 bn个部分,那么当n=1,2,3时,易知平面最多被分为2,4,7个部分.

当n=k时,设 条直线将平面分成了 bk个部分,接着当添加上第k+1条直线时,这条直线与前 条直线相交有k个交点,这k个交点将第k条直线分割成n段,而每一段将它所在的区域一分为二,从而增加了k+1个区域,故得递推关系式bk+1=bk+(k+1),即bk+1-bk=k+1.显然当k=1时,b1=2,当k=1,2,…(n-1)时,我们得到n-1个式子:b2-b1=2,b3-b2=3,b4-b3=4,…bn-bn-1=n

将这n-1个式子相加,得bn=

1
2
(n2+n+2),即n条直线最多可将平面分割成
1
2
(n2+n+2)
个部分.

我们来归纳一下解决这个问题的思路:从简单情形入手,确定 bk与 bk+1的递推关系,最后得出结论.

现在,我们回到原问题,用刚才的思路来解决空间的问题,设k个平面将空间分割成 ak个部分,再添加上第k+1个平面,这个平面与前k个平面相交有k条交线,这k条交线,任意三条不共点,任意两条不平行,因此这第k+1个平面就被这k条直线分割成 bk个部分.

而这 bk个部分平面中的每一个,都把它所通过的那一部分空间分割成两个较小的空间.所以,添加上这第k+1个平面后就把原有的空间数增加了bk 个部分.由此的递推关系式

ak+1=ak+bk,即ak+1-ak=bk,当k=1,2,…(n-1)时,我们得到n-1个式子:a2-a1=b1,a3-a2=b2,a4-a3=b3,…an-an-1=bn-1

将这n-1个式子相加,得 an=a1+(b1+b2+…+bn-1),所以:an=[

1
2
(12+1+2)+
1
2
(22+2+2)+…+ 
1
2
(n2+n+2)]=2+
1
2
{[12+22+…+(n-1)2]+[(1+2+…+(n-1)]
+2(n-1)}

=n+1+

1
2
[
1
6
(n-1)n(2n-1)
1
2
(n-1)n]=n+1+
1
6
(n-1)n(n+1)=
n3+5n+6
6

所以:n个平面最多可将平面分割成

n3+5n+6
6
个部分.当n=5时,空间内5个平面最多可将空间分成 26个部分.

故答案为:26.

单项选择题
判断题