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9个边长为2厘米正方形,拼周长最短是多少

假设有9个边长为2厘米的正方形,我们将它们拼接在一起,使得周长最短,那么最终的周长是多少呢?这看似简单的问题,却需要我们运用数学知识来解决。接下来,我们将从不同角度探讨这一问题。1. 直观推导我们可以先想象这9个正方形排成一个大正方形,然后再从这个大正方形中去掉四个小正方形,如下图所示。![image](https://ai-stud...

假设有9个边长为2厘米的正方形,我们将它们拼接在一起,使得周长最短,那么最终的周长是多少呢?这看似简单的问题,却需要我们运用数学知识来解决。接下来,我们将从不同角度探讨这一问题。

1. 直观推导

我们可以先想象这9个正方形排成一个大正方形,然后再从这个大正方形中去掉四个小正方形,如下图所示。

![image](https://ai-studio-static-online.cdn.bcebos.com/c70f8fac9fdd45d196efb360e5e42862a354a3a3b369485daa01970c1dc5baf9)

显然,这样拼接的周长并不是最短的。我们可以对原来的布局进行一些变化,比如将四个小正方形挪动位置,再把其余的大正方形围绕它们排列,如下图所示。

![image](https://ai-studio-static-online.cdn.bcebos.com/7c1e00a3fb7a490f8bc11b7bbd06d29ccf7df418ddab4b87bf2d15d4751b1975)

通过这种排列方式,我们可以发现周长已经变短了,但是否已经达到最短呢?我们还需要进行进一步探究。

2. 数学模型

我们可以将9个正方形分别编号为1~9,然后用一个3x3的矩阵来表示它们的排布情况,如下图所示。

![image](https://ai-studio-static-online.cdn.bcebos.com/cf7a9ef907d4450ebdecc8e64504c7f61198687e20284936bf46a8afab4987b2)

我们用xij表示第i行第j列的正方形编号,那么整个矩阵的表示式就是:

x11 x12 x13

x21 x22 x23

x31 x32 x33

其中,1≤xij≤9,且每个编号恰好出现一次。

我们设si表示第i条边上所有正方形的周长之和,则总周长为S=s1+s2+s3+s4。而每条边上的周长可以用相邻两个正方形的编号计算得到,即有:

s1=2|x11−x21|+2|x12−x22|+2|x13−x23|

s2=2|x21−x31|+2|x22−x32|+2|x23−x33|

s3=2|x31−x32|+2|x32−x33|+2|x13−x23|

s4=2|x11−x12|+2|x12−x13|+2|x33−x22|

然后我们可以借助计算机程序求解这个问题,运用贪心策略和深度优先搜索算法,求出9个正方形的最优排布方案,从而得到最短周长。

3. 结论

综上所述,我们可以通过直观推导和数学模型来解决这个问题。最终我们得到的结果是,9个边长为2厘米的正方形拼接后的最短周长为28厘米。当然,这个问题还存在不同的扩展形式,比如10个正方形、正方形边长不一等,它们都可以用类似的方法来解决。

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