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世界上存在周长为整数,半径也是整数的圆吗?

2022-02-13知识

首先来看圆及其半径和周长的定义:

圆是一个平面上所有与某一定点 O 之间的距离等于某一定值 r 的点的集合。
圆的半径是上述定值 r 。
圆的周长是组成圆的曲线的长度。

在圆的定义中,「平面」这一概念很好理解,这里我们用平面直角坐标系描述平面。

然而「距离」这一概念的定义尚不明确。这里我们假定此处的距离是一个函数 d(X,Y) ,它接收2个平面上的点,输出1个实数,这个实数即是两点之间的距离。

  • 例1:我们一般说的距离又称 欧几里得距离 ,用勾股定理进行计算,两点 X,Y 之间的距离 d(X,Y)=\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2} ,其中 (x_1,x_2),(y_1,y_2) 分别是点 X,Y 的坐标。
  • 例2: 曼哈顿距离 : d(X,Y)=|x_1-x_2|+|y_1-y_2| ,其中 (x_1,x_2),(y_1,y_2) 分别是点 X,Y 的坐标。什么?你问哪有这种距离?
  • 游戏【Minecraft】中,足够大的平面上的一方块水最多可以流出曼哈顿距离7方块远。这个「菱形」区域的边缘方块与它的中心方块的曼哈顿距离是7。
  • 例3: 切比雪夫距离 :d(X,Y)=\max(|x_1-x_2|,|y_1-y_2|) ,其中 (x_1,x_2),(y_1,y_2) 分别是点 X,Y 的坐标,\max(a,b) 表示 a 和 b 中最大的那个值。
  • 国际象棋中,「王」可以移动到与自己的切比雪夫距离为1的任何空格子上。

    以上三种距离的定义都符合以下条件:

    1. 对于平面上的所有点 X , d(X,X)=0.
    2. 对于平面上的所有点 X,Y , d(X,Y)=d(Y,X).
    3. 对于平面上的所有点 X,Y,Z , d(X,Y)+d(Y,Z)\geq d(X,Z). [1]

    我们称满足这三个条件的函数为 度规(metric) 。某种意义上,度规是距离的「完全体」。

    我们注意到,如果使用切比雪夫距离,那么一个半径为1的圆实际上是一个周长为8的正方形。这符合题主的要求。另外,还有多种度规也符合这种要求,在此不进行例举。

    结论:如果认为「世界上的距离」中包含这些满足要求的度规,那么世界上确实存在周长和半径都是整数的圆。这并没有颠覆一切,而且题主比最先发现这事的人晚了几百年。

    题外话:整数的 2\pi 倍不可能是个整数这事大佬们已经说清楚了,我就在这整个活(doge

    参考

    1. ^ 证明略。第3个条件又称三角恒等式。