题目
平面内有n个圆,其中每两个圆都相交于两点,且-|||-每三个圆都不相交于同一点,求证:这n个圆把平-|||-面分成 ^2-n+2 部分.

题目解答
答案

解析
本题考查数学归纳法的应用,解题思路是先验证基础情况($n = 1$时命题成立),然后假设$n = k$时命题成立,在此基础上推导出$n = k + 1$时命题也成立,从而证明命题对任何正整数$n$都成立。
- 验证基础情况:
- 当$n = 1$时,一个圆将平面分成两部分,而将$n = 1$代入$n^{2}-n + 2$可得:$1^{2}-1 + 2=1 - 1+2 = 2$。
- 所以当$n = 1$时,命题“$n$个圆把平面分成$n^{2}-n + 2$部分”成立。
- 进行归纳假设:
- 假设当$n = k(k\in N^{*})$时,命题成立,即$k$个圆把平面分成$f(k)=k^{2}-k + 2$部分。
- 推导$n=k + 1$时的情况:
- 当$n=k + 1$时,这$k + 1$个圆中的$k$个圆把平面分成$k^{2}-k + 2$部分。
- 因为每两个圆都相交于两点,且每三个圆都不相交于同一点,所以第$k + 1$个圆与前面$k$个圆都相交,会有$2k$个交点。这$2k$个交点将第$k + 1$个圆分成$2k$条弧。
- 又因为每条弧把它所在的平面部分分成了两部分,也就是每条弧会增加$1$个部分,那么$2k$条弧就会增加$2k$个部分。
- 所以$k + 1$个圆把平面分成的部分数$f(k + 1)$为:
- $f(k + 1)=f(k)+2k$。
- 把$f(k)=k^{2}-k + 2$代入上式可得:$f(k + 1)=k^{2}-k + 2+2k$。
- 对$k^{2}-k + 2+2k$进行化简:
- $k^{2}-k + 2+2k=k^{2}+k + 2$。
- 而$(k + 1)^{2}-(k + 1)+2=k^{2}+2k + 1-k - 1+2=k^{2}+k + 2$。
- 所以$f(k + 1)=(k + 1)^{2}-(k + 1)+2$,即当$n = k + 1$时,命题也成立。