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英才学习-阿江1年前 (2023-05-22)定理710

一些有趣的定理:皮克定理(求格点多边形的面积)

一、皮克定理定义

1899年,犹太数学家皮克(georg alexander pick)发现了一个被誉为“有史以来最重要的100个数学定理之一”的“皮克定理”(pick's theorem)。

这个定理是这样说的:给定顶点座标均是整点(或正方形格子点)的简单多边形,其面积𝑨和内部格点数目𝑰、边界格点数目𝑩的关系为𝑨=𝑰 𝑩÷𝟐−𝟏。


二、什么是格点多边形

1684744518199.jpg

一个多边形的顶点如果全是格点,这多边形就叫做格点多边形。有趣的是,这种格点多边形的面积计算起来很方便,只要数一下图形边线上的点的数目及图内的点的数目,就可用公式算出。

皮克定理是指一个计算点阵中顶点在格点上的多边形面积公式,该公式可以表示为s=a b÷2-1,其中a表示多边形内部的点数,b表示多边形落在格点边界上的点数,s表示多边形的面积。


需要注意的:

格点多边形的面积只与内点和边界点的数量有关,和多边形具体的形状无关;

格点多边形的面积是0.5的整数倍。


三、应用

1899年,奥地利数学家乔治·亚历山大·皮克给出了格点多边形的计算公式:

1684744597639.png


其中的i是多边形内的点数,j是多边形边界上的点数。

1684744684528.jpg

如上图中的多边形的面积,用皮克定理计算为:

1684744662683.png


四、特别要注意不适用的类型

1、非格点多边形,即多边形某个顶点不在格点上,如下图

1684744784634.jpg


2、有“洞”的图形,即图形内部被挖去了一部分的,如下图,这个面积用两次皮克定理才可求出。


1684744799250.jpg






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