在平面上有7个点,其中任意3个点都不在同一条直线上. 如果在这7个点之间连结18条线段,那么这些线段最多能构成 ___ 个三角形.

完整解法

1. 计算完全图中的总线段数与总三角形数,确定缺失线段数

在平面上任意3点不共线的7个点中,两两连结可构成的线段总数为:
C72=7×62=21C_7^2 = \frac{7 \times 6}{2} = 21
这7个点可构成的三角形总数为:
C73=7×6×53×2×1=35C_7^3 = \frac{7 \times 6 \times 5}{3 \times 2 \times 1} = 35
题目中连结了18条线段,因此缺失的线段数量为:
21−18=3 条21 - 18 = 3 \text{ 条}

2. 分析缺失线段破坏三角形的数量及重叠规律

每条缺失的线段与其余 7−2=57 - 2 = 5 个点中的任意一点都能构成一个三角形。因此,一条缺失线段会破坏 5 个三角形。
要使最终剩下的三角形数量最多,必须使 3 条缺失线段所破坏的三角形重复(重叠)的部分尽可能多,从而使被破坏的三角形总数达到最小。

3. 讨论缺失线段的不同连接结构,求出破坏三角形的最小值

分析 3 条缺失线段的可能构型:

  1. 星形结构(3条缺失线段共用同一个顶点,例如缺失 1−2,1−3,1−41-2, 1-3, 1-4):
    • 每条线段单独破坏 5 个三角形;
    • 两两共享的破坏三角形各 1 个(分别为 △123,△124,△134\triangle 123, \triangle 124, \triangle 134),共 3 个;
    • 没有三条线段同时共享的三角形。
    • 由容斥原理,破坏的三角形总数为:5+5+5−1−1−1=125 + 5 + 5 - 1 - 1 - 1 = 12 个。
  2. 三角形结构(3条缺失线段围成一个三角形,例如缺失 1−2,2−3,3−11-2, 2-3, 3-1):
    • 两两共享的破坏三角形各 1 个(△123\triangle 123);
    • 三条线段同时包含 △123\triangle 123;
    • 破坏的三角形总数为:5+5+5−3×1+1=135 + 5 + 5 - 3 \times 1 + 1 = 13 个。
  3. 链式或其他结构:破坏的三角形总数均大于等于 13 个。

因此,被破坏的三角形最少为 12 个。

4. 计算最多能构成的三角形数量

用总三角形数减去最少破坏的三角形数,可得最多能构成的三角形数量为:
35−12=2335 - 12 = 23
(当3条缺失线段从同一个点出发时即可达到该最大值)。

答案

23

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