4個大城市位于邊長20km之正方形的4個頂點上(圖中A、B、C、D)。因各城市之間交通量增加,政府決定在這些城市之間興建公路網(wǎng)。為降低成本,政府要求工程師設(shè)計出總長度最短的路線。
工程師考慮多種設(shè)計方法,其中3種方法圖示于上,他們一致認(rèn)為最短的路線為建造AC及BD兩條道路,其總長度是56.5km。但是實際上這并非最短的路線,有一種更好的設(shè)計方法,你能幫他們想出來嗎?
解答與分析
這是一個非常有趣的題目,最短的設(shè)計路線如圖1所示。此設(shè)計中的公路有兩個皆為120°的三叉路口。通過三角函數(shù)的計算可以知道這兩條線路的總長度為 54.6 km。為證明這個問題,可將4枚釘子置于兩塊透明的塑膠板之間,形成正方形的4個頂點,然后讓肥皂薄膜在中間膨脹,即可看出來(圖2)。此類問題一般稱之為史坦那(Steiner)問題。史坦那為德國數(shù)學(xué)家,他首先注意到這一問題。