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事實揭露 揭密真相
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完美正方形(實圖)原圖鏈接來自 知乎 的圖片

完美正方形是一個科技術語。指在一正方形內切割出大小都相異的小正方形。此概念最早由莫倫提出,完美正方形的最小階數為21階。[1]

探究歷程

數學家們一度花了很大精力都無任何結果,再加上立方體填充已經被證明不存在,以至於1930年蘇聯著名數學家魯金猜想,不可能把一個正方形分割成有限個大小不同的正方形。

莫倫對此猜想提出了挑戰,並提供了一個解決思路:如果同一個矩形有兩個不同的正方形剖分,且其中一個剖分的每個正方形都不同於另一個剖分的每個正方形,那麼,這兩個剖分再添上兩個正方形(它異於兩個剖分中的任何一個正方形),便可構造出一個完美正方形。而在此之前,完美矩形已經有了比較豐富的成果。

1939年,斯普拉格按照莫倫的構想成功地構造出一個55階的完美正方形,其邊長為4205。

幾個月後,階數更小(28階)、邊長更短(1015)的完美正方形由劍橋大學三一學院的四位大學生構造出來。

1948年,威爾科克斯構造出24階完美正方形,但其中含有一個完美矩形(此類正方形被稱為混完美正方形。完全由正方形構造成的正方形稱為純完美正方形)。一直到1978年,這個紀錄才被打破。

1967年,威爾森構造成功25階、26階完美正方形。

1962年,荷蘭特溫特技術大學的杜伊維斯廷證明:

不存在20階及以下的完美正方形。

1978年,杜伊維斯廷藉助計算機技術,成功地構造出一個21階的完美正方形,它是唯一的,且它不僅階數最低,同時數字也更簡單,此外構造上它也有許多優美的特點,比如2的某些次冪恰好位於一條對角線上,等等。

杜伊維斯廷同時還證明了:低於21階的完美正方形不存在。

1982年,杜伊維斯廷又證明了:不存在低於24階的混完美正方形。

1992年,布卡姆和杜伊維斯廷給出了21~28階全部207個純完美正方形:

至此,完美正方形的討論暫時畫上一個句號。但數學家的研究並沒有停止,他們又研究了不同大小正方形是否可以填充整個平面的問題,此外他們還將完美剖分的問題推廣到莫比烏斯帶、圓柱面、環面和克萊因瓶上,也取得了許多有趣的成果。

截至2018年,已經知道21~35階完美正方形的個數:1,8,12,30,172,541,1372,3949,10209,26234,71892,196357,528866,1420439,3784262。

視頻

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參考文獻