平面内任给 $2000$ 个点,证明:可以用一些圆形纸片盖住这 $ 2000 $ 个点,且满足:这些圆形纸片直径之和不超过 $ 2000 $;任意两张圆心纸片的距离大于 $ 1$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
略
【解析】
首先证明满足条件(1)的制片存在。事实上,取2000张直径为1的纸片,使每张纸片的中心恰在给出的一个点上,于是这2000张纸片盖住了2000个已知点,且这些纸片直径之和为2000.
其次,若这些纸片中有两张有公共点,则进行一次调整。如图可用一张直径较大的图形纸片 ${{O}_{3}}$ 代替圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$,满足 ${{O}_{3}}$ 在直线 ${{O}_{1}}{{O}_{2}}$ 上且圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$ 都内切与圆 ${{O}_{3}}$,显然圆 ${{O}_{3}}$ 的直径不大于圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$ 的直径之和,并且圆 ${{O}_{3}}$ 所包含的已知点到圆 ${{O}_{3}}$ 周界的距离不小于 $\dfrac{1}{2}$ 。如果还有两张纸片有公共点,可以继续进行这样的调整,于是经过有限步可用有限张直径之和不大于2000且两两无公共点的圆形纸片盖住已知的2000个点,并且每个已知点到覆盖它的纸片周界的距离不小于 $\dfrac{1}{2}$ 。设这些圆形纸片每两张之间的距离的最小值为 $d$,则 $d>0$ 。
最后,若 $d>1$,则结论成立,若 $0<d\leqslant 1$,则再进行如下调整:每张纸片用圆心相同,但半径缩小 $\dfrac{1}{2}-\dfrac{d}{3}$ 的纸片代替,则这些新纸片仍盖住了已知的2000个点,它们的直径之和小于2000且任意两张圆形纸片的距离至少为 $d+2\left( \dfrac{1}{2}-\dfrac{d}{3}\right)=1+\dfrac{d}{3}>1$,于是题目结论得证。
其次,若这些纸片中有两张有公共点,则进行一次调整。如图可用一张直径较大的图形纸片 ${{O}_{3}}$ 代替圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$,满足 ${{O}_{3}}$ 在直线 ${{O}_{1}}{{O}_{2}}$ 上且圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$ 都内切与圆 ${{O}_{3}}$,显然圆 ${{O}_{3}}$ 的直径不大于圆 ${{O}_{1}}$ 和圆 ${{O}_{2}}$ 的直径之和,并且圆 ${{O}_{3}}$ 所包含的已知点到圆 ${{O}_{3}}$ 周界的距离不小于 $\dfrac{1}{2}$ 。如果还有两张纸片有公共点,可以继续进行这样的调整,于是经过有限步可用有限张直径之和不大于2000且两两无公共点的圆形纸片盖住已知的2000个点,并且每个已知点到覆盖它的纸片周界的距离不小于 $\dfrac{1}{2}$ 。设这些圆形纸片每两张之间的距离的最小值为 $d$,则 $d>0$ 。
最后,若 $d>1$,则结论成立,若 $0<d\leqslant 1$,则再进行如下调整:每张纸片用圆心相同,但半径缩小 $\dfrac{1}{2}-\dfrac{d}{3}$ 的纸片代替,则这些新纸片仍盖住了已知的2000个点,它们的直径之和小于2000且任意两张圆形纸片的距离至少为 $d+2\left( \dfrac{1}{2}-\dfrac{d}{3}\right)=1+\dfrac{d}{3}>1$,于是题目结论得证。
答案
解析
备注