2维空间、3维空间的最大分割数及多维空间的最大分割数猜想

本文探讨了二维和三维空间的最大分割数问题,通过递推法和数学归纳法推导出二维平面的分割数公式,并尝试推导三维空间的公式。作者介绍了施泰纳解决该问题的历史,并分享了自己尝试求解四维空间分割数的过程,提出四维空间分割数的猜测。尽管高维空间的实际应用受限,但这种探索对于科学进步具有重要意义。

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前段时间无意中想推导3维空间的最大分割数的公式,即n个平面最多可以把空间分割成多少份。打算采用递推法猜,再用数学归纳法证明的方法求解。

先从1维空间的分割开始,1维空间是点分割线,条件是点不重合。分割数公式很简单:
 

Sn n + 1  < Sn 1维空间的最大分割数,n=1, 2, 3…>

然后是2维空间的分割:1条直线把平面分割成2个部分,2条直线(相交)把平面分割成4个部分,3条直线(两两相交且交点无重复)把平面分割成7个部分,4条直线(两两相交且交点无重复)把平面分割成11个部分……采用回归分析法,求解得:

Pn n(n+1)/2 + 1  < Pn 为2维空间的最大分割数,n=1, 2, 3…>

看来3维空间的分割数公式应该是3次多项式。接着照葫芦画瓢,来推3维空间的公式,可惜本人的空间想象力有限,4个平面的情况下就想象不出了。

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