在平面上有 8 个点,其中任意 3 个点都不在同一条直线上. 如果在这 8 个点之间连结 25 条线段,那么这些线段最多能构成 ___ 个三角形.
完整解法
1. 计算 8 个点所能构成的所有三元组(可能三角形)的总数
平面上有 8 个点,且任意 3 点不共线,因此任意选择 3 个点都能确定一个潜在的三角形。
所有可能构成的三元组总数为:
2. 分析线段缺失导致不能构成三角形的三元组数量最小值
8 个点之间完全图共有 条线段。
题目连结了 25 条线段,说明缺失了 条线段。
设缺失的 3 条线段为 。
一个三元组如果包含了至少一条缺失的线段,就无法构成三角形。
每条缺失的线段在 8 个点中涉及 2 个端点,其余 6 个点中的任意一个与该线段的两个端点都能组成一个不合格的三元组。因此,每一条缺失的线段恰好破坏 6 个三元组。
3 条缺失线段最多破坏的三角形数量为:
3. 考虑缺失线段之间的重叠情况(容斥原理)并求出破坏三角形数量的最小值
设 表示包含缺失线段 的三元组集合(),则 。
由容斥原理,至少包含一条缺失线段的三元组总数为:
要使最终构成的三角形最多,破坏的三元组数量 必须最小。
当 3 条缺失的线段共享同一个顶点(即构成一个星形形态 )时,任意两条缺失线段共同构成的三元组数量为 1(由这两条线段的共用顶点和各自的另一端点组成),即 ;且不存在同时包含 3 条缺失线段的三元组(因为一个三元组只有 3 条边),即 。
此时被破坏的三元组数量达到最小:
(注:若 3 条缺失线段构成三角形 ,重叠项为 3,且 ,总破坏数为 ;若无重叠,总破坏数为 18。故最小破坏数为 7 项:)。
4. 计算最多能构成的三角形个数
最多能构成的三角形个数等于总三元组数减去被破坏的三元组数最小值:
答案
49
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