在 5×55 \times 5 的格点图中(格点间距为 1),要在格点中画一个三角形。这个三角形的三个顶点必须是格点,且它的内部(不含边界)恰好只包含 1 个格点。满足这个条件的三角形的面积最小值是 D。
A. 1
B. 1.5
C. 1.75
D. 2

完整解法

1. 由皮克定理建立面积与边界格点数的关系

设格点三角形的内部格点数为 II,边界上的格点数为 BB,面积为 SS。
根据皮克定理(Pick's Theorem):
S=I+B2−1S = I + \frac{B}{2} - 1
题目要求三角形内部恰好只包含 1 个格点,即 I=1I = 1。
代入公式可得:
S=1+B2−1=B2S = 1 + \frac{B}{2} - 1 = \frac{B}{2}

2. 确定边界格点数 $B$ 的理论最小值并计算最小面积

由于三角形只有 3 个顶点,边界上的格点数至少包含这 3 个顶点,因此 B≥3B \ge 3。
从而面积的理论最小值为:
S≥32=1.5S \ge \frac{3}{2} = 1.5

3. 构造实例验证最小值能够取到

在格点图中选取三个顶点坐标为 A(0,1)A(0, 1)、B(2,0)B(2, 0)、C(1,2)C(1, 2):

  1. 三边向量分别为 AB⃗=(2,−1)\vec{AB} = (2, -1)、BC⃗=(−1,2)\vec{BC} = (-1, 2)、CA⃗=(−1,−1)\vec{CA} = (-1, -1)。因为每组分量的最大公因数均为 11(即 gcd⁡(2,1)=1\gcd(2, 1) = 1、gcd⁡(1,2)=1\gcd(1, 2) = 1、gcd⁡(1,1)=1\gcd(1, 1) = 1),所以三条边上除顶点外均无其它格点,边界格点数恰为 B=3B = 3。
  2. 由行列式计算面积:
    S=12∣(0−1)(0−2)−(1−1)(2−1)∣=⋯=12∣2×2−(−1)×(−1)∣=1.5S = \frac{1}{2} |(0 - 1)(0 - 2) - (1 - 1)(2 - 1)| = \dots = \frac{1}{2} |2 \times 2 - (-1) \times (-1)| = 1.5
    此时内部唯一的格点为 (1,1)(1, 1),完全满足题意。

因此,满足条件的三角形面积最小值为 1.51.5,对应选项 B。

答案

B

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。