150x324x375的长方体由1x1x1的小立方体构成。

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/29 03:25:39
150x324x375的长方体由1x1x1的小立方体构成。
问一条体对角线穿过了多少个小立方体?

这类问题最好先从二维情况入手,然后推广至三维以至更高维情况。
考虑一个5x3的长方形。建立直角座标系使X轴和Y轴分别和它的长短边平行,四个顶点的座标为(0,0),(5,0),(5,3),(0,3)。连接(0,0)和(5,3),找出这对角线穿过的所有小正方形,把这些小正方形右上角连成一条折线,在本例中便是(1,1)-(2,1)-(2,2)-(3,2)-(4,2)-(4,3)-(5,3)。可见这条折线由5-1=4段水平和3-1=2段铅直小线段组成,即在这条折线上有1+4+2=7个节点。所以原对角线穿过7个小正方形。
再考虑一个6x3的长方形。仿上例,得到的折线是(1,1)-(2,1)-(3,2)-(4,2)-(5,3)-(6,3)。这次因为6和3有公因数3,所以对角线中途经过整点座标3(最大公因数)-1=2次,因而折线包含斜线片段,每一段斜线代替了一段水平和一段铅直小线段,这条折线上便有1+(6-1)+(3-1)-(3-1)=6个节点。所以原对角线穿过6个小正方形。
以h(m,n)表m和n的最大公因数,则mxn长方形的对角线穿过
1+(m-1)+(n-1)-(h(m,n)-1)个小正方形。
现推广至三维情况。
先考虑mxnxp长方体,其中h(m,n,p)=1。用类似二维情况的分析,把对角线穿过的小正方体右上顶角连成折线,分别考虑在XOY,YOZ和ZOX的投影,便得到对角线从边上穿入另一小正方体的数目,结果是对角线会穿过
1+(m-1)+(n-1)+(p-1)-(h(m,n)-1)-(h(n,p)-1)-(h(p,m)-1)
个小正方体。
当h(m,n,p)>1时,对角线从角上穿入另一小正方体h(m,n,p)-1次。每次穿越时一段斜线会代替了三段分别和XYZ轴平行的小线段;另一方面,每个m,n,p三者共同的公因数都分别已计算在两两的公因数内了,所以每次从角上穿入要修正1-3+3=1。最后结果是对角线会穿过
1+(m-1)+(n-1)+(p-1)-(h(m,n)-1)-(h(n,p)-1)-(h(p,m)-1)+(h(m,n,p)-1)
个小正方体。
原题目的数字答案应是
1+149+323+374-5-2-74+2=768
推广