같은 원판 하나에 붙일 수 있는 이웃, 여섯 개가 한계일까?

중앙 단위원에 외접하는 같은 원판 수의 상한을 순환 각 간격으로 증명하고 정육각 배치의 달성을 확인한다.

나무 트레이 안에 가까이 놓인 여러 둥근 원판 생성 이미지

이미지: AI 생성 · 수학 이야기

반지름1인 중앙 원판에 반지름1인 이웃 원판들이 바깥에서 접한다. 이웃끼리는 내부가 겹치면 안 되며 접촉은 허용한다. 이웃을 최대 몇개 놓을 수 있는가? 원판의 중심 사이 거리와 원 둘레의 각 간격을 사용하라.

OPi=2,PiPj≥2(i≠j).OP_i=2,\qquad P_iP_j\ge2\quad(i\ne j).

이웃 원판 중심은 중앙에서 거리2여야 한다. 일곱 중심을 각 순서로 정렬하면 한 바퀴를 나눈 일곱 간격의 합이2π다. 적어도 한 간격은 평균2π/7 이하다.

그 간격 δ는π/3보다 작다. 두 중심의 현 길이가 반지름 합2보다 짧아 겹친다.

PiPi+1=4sin⁡δ2<4sin⁡π6=2(δ≤2π7<π3).P_iP_{i+1}=4\sin\frac\delta2<4\sin\frac\pi6=2\qquad\left(\delta\le\frac{2\pi}7<\frac\pi3\right).

따라서 일곱 개는 불가능하다. 반지름2인 원의 정육각형 꼭짓점에 여섯 중심을 놓으면 가장 가까운 두 중심의 거리가2다. 다른 쌍은 더 멀어 원판 내부가 겹치지 않는다. 상한만 얻은 뒤 실제 여섯 배치의 존재까지 확인한 것이다.

교사는 공간 전체에 원판을 채우는 밀도와 중앙 원판에 직접 접하는 이웃 수를 구별한다. 여기서는 중심 거리2라는 조건을 고정했다. 유한 상자 두 행을 비교한 앞 문항과 달리 가능한 모든 접촉 방향에 대해 상한과 달성을 함께 증명한다.

착안 원문: Empaquetar cilindres. 문항의 좌표·조건·논증은 새로 구성했다. 원문 도판이나 활동 지시의 번역이 아니다.