0%

从矩形中切掉正方形的有限性

【结论1】如果矩形的边长比是黄金分割比,那么可以一直从中切掉正方形。

该结论很容易证明:设矩形的边长分别为 $a$ 和 $b$($a > b$)。由于边长比为黄金分割比,则有

而 $a -b$ 与 $b$ 正好就是原矩形切掉 $b \times b$ 正方形后余下矩形的边长,故可知余下的矩形与原矩形相似。因而,可类似地继续从余下的矩形中切掉正方形,继而该操作可无限进行下去。

反过来,下面的结论是不是也正确呢?

【结论2】如果矩形的边长比是某对整数 $p$ 和 $q$ 的比值 $p \over q$,则不能无限地从中切掉正方形。

证明:

索性设矩形的边长即为 $p$ 和 $q$,则该矩形可分为 $p \times q$ 个单位正方形。

$\because$ 每次切掉的正方形均为单位正方形的整数倍

$\therefore$ 切掉正方形的操作不可能无限进行下去

【扩展思考】至多可切割几次?
共 $p \times q$ 个单位正方形,每次至少切掉 1 个单位正方形。因此,至多可切割 $p \times q - 1$ 次,将矩形切割成 $p \times q$ 个单位正方形。
并且显然,当且仅当 $p = 1 \text{ 或 } q = 1$ 时可达到最大切割次数。