把边长为 $1$ 的正 $\triangle $ 的各边都 $n$ 等份,过各点作平行于其他两边的直线,将这三角形分成小三角形.各小三角形的顶点都称为结点,在每一结点上放置了一个实数.已知
(Ⅰ)$A,B,C$ 三点上放置的数分别为 $a,b,c$
(Ⅱ)在每个由公共边的两个最小三角形组成的菱形之中,两组相对顶点上放置的数之和相等.
(Ⅰ)$A,B,C$ 三点上放置的数分别为 $a,b,c$
(Ⅱ)在每个由公共边的两个最小三角形组成的菱形之中,两组相对顶点上放置的数之和相等.

【难度】
【出处】
1987第2届CMO试题
【标注】
-
放置最大数的点与放置最小数的点之间的最短距离 $r$;标注答案略解析不失一般性,设 $a\leqslant b\leqslant c$.我们把性质(Ⅱ)称为"菱形性质".如图所示,考虑同线相邻的三结点 $D,E,F$,它们上面放置的数为 $d,e,f$;再取与 $D,E$ 相邻的结点 $G$,以及与 $E,F$ 相邻的结点 $H$,它们上面放置的数为 $g,h$.根据"菱形性质"有 $g+e=d+h,g+f=e+h$,所以 $f-e=e-d$.这表明 $D,E,F$ 上的数成等差数列.
由等差数列的"传递性"易得同一直线的全部结点上的数成等差数列;由等差数列的"边界性"易知,若公差非 $0$,则等差数列的最大(小)值出现在两端.所以:
若 $a<b<c$,易见每条直线上的最大(小)数在两端,故点 $C$ 放在最大数 $c$,点 $A$ 放最小数 $a$,$r=1$.若 $a=b<c$,同理可知点 $C$ 放在最大数 $c$,$AB$ 直线上任一结点均放最小数 $a$,其中与 $C$ 最接近的是 $P$,当 $n$ 为偶数时,$P$ 为 $AB$ 的中点;当 $n$ 为奇数时,$P$ 为 $AB$ 的第 $\dfrac{n-1}{2}$ 或 $\dfrac{n+1}{2}$ 个 $n$ 等分点,对前者 $r=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$,对后者 $r=\sqrt{\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{1}{2 n}\right)^{2}}=\dfrac{1}{2 n} \sqrt{3 n^{2}+1}$.若 $a<b=c$,结果同上;若 $a=b=c$,则所有结点上放同一个数,同时为最大数和最小数,故 $r=0$,综合得
$r=\left\{\begin{array}{l}{1, a, b, c全不相等} \\ {\dfrac{\sqrt{3}}{2}, a, b, c中有两者相等,且n 为偶数} \\ {\frac{1}{2 n} \sqrt{3 n^{2}+1}},a,b,c中有两者相等,且n 为奇数 \\ {0, a=b=c}\end{array}\right.$ -
所有结点上的数的总和 $S$.标注答案略解析绕 $\triangle ABC$ 的中心把 $\triangle ABC$ 旋转 $120^{\circ}, 240^{\circ}, 360^{\circ}$,把三次旋转所得的三个三角形叠合成一个 $\triangle A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime} . \triangle A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}$ 的结点上放的数是叠合在同一结点的三数之和.则因等差数列具"可加性"(两个等差数列相加仍为等差数列),易知 $\triangle A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}$ 上的每一直线的全部结点上的数仍成等差数列,但此时三顶点 $A^{\prime}, B^{\prime}, C^{\prime}$ 上放置的数均为 $a+b+c$,故所有结点上均放同一个数 $a+b+c$.$\triangle A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}$ 的所有结点上的数的总和为 $3 S=N(a+b+c)$,$N$ 为结点总数,即 $N=1+2+\cdots+(n+1)$ 所以 $S=\frac{1}{6}(n+1)(n+2)(a+b+c)$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2