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第2题

设凸多面体 P1P_1 有九个顶点 A1,A2,…,A9A_1,A_2,\ldots,A_9。令 PiP_i 为把 A1A_1 平移到 AiA_i 所得的 P1P_1 的像(i=2,3,…,9i=2,3,\ldots,9)。证明 P1,P2,…,P9P_1,P_2,\ldots,P_9 中至少有两个具有公共内点。
第 4/4 步:比较体积并推出重叠
vol⁡(2P1)=23V=8V<9V=∑i=19vol⁡(Pi)\operatorname{vol}(2P_1)=2^3V=8V<9V=\sum_{i=1}^9\operatorname{vol}(P_i)
详细分析

令 V=vol⁡(P1)>0V=\operatorname{vol}(P_1)>0。三维中倍数2的伸缩体积为 8V8V,而九个平移体积总和为 9V9V。若它们的内部两两不交(边界交集体积为零),并集体积为 9V9V,但它包含在体积 8V8V 的 2P12P_1 中,矛盾。因此至少两个具有公共内点。