Geometría: ¿Puedes cortar un cuadrado entero en 13 cuadrados diferentes?

Un cuadrado entero diseccionado en distintos cuadrados enteros más pequeños se llama un cuadrado perfecto, y el número de cuadrados más pequeños se llama el orden del cuadrado perfecto. Duijvestijn demostró en 1978 mediante búsqueda por computadora que el orden más pequeño posible de un cuadrado perfecto es 21, por lo que la respuesta es no, esto no se puede hacer con 13 cuadrados.


(Es irrelevante si se requiere que los cuadrados más pequeños sean integrales. Si puede diseccionar un cuadrado en cuadrados distintos, entonces las restricciones dadas por ese diagrama forman un sistema lineal con coeficientes enteros, por lo que sus soluciones racionales son densas en el espacio de todas las soluciones, y multiplicar por un denominador común produce una solución entera).

Sin embargo, existen rectángulos perfectos de orden tan pequeño como 9, incluidos varios de orden 13. El diagrama de los detalles de la pregunta en realidad describe un rectángulo de 552 × 521:


Alternativamente, si eliminamos la restricción de que los cuadrados más pequeños son diferentes, pero todavía prohibimos cualquier grupo de cuadrados que formen un rectángulo más pequeño que el cuadrado completo, entonces el cuadrado más pequeño tiene el orden 13:


Si está interesado en este tipo de inclinaciones, le gustará squaring.net.

Esto no se ha pedido, pero existe un buen formalismo de la red eléctrica para describir esas descomposiciones (wikipedia: Cuadrar el cuadrado). El formalismo general considera rectángulo y se introdujo en La disección de rectángulos en cuadrados. Una tesis doctoral enumera tales cuadrados perfectos: Quant aux carres parfaits (en francés) hasta 26 cuadrados interiores.
Lo más hermoso para mí es lo siguiente:

Aunque no pude resolver completamente el problema, lo reduje a una ecuación analítica. Espero que alguien resuelva el resto .:

Deje que el cuadrado dado sea A con el lado a. Al dibujar un semicírculo con el lado superior como diámetro y sumergir un triángulo rectángulo en el semicírculo en un ángulo [matemático] x1 [/ matemático], podemos producir dos cuadrados A1 y B1. El lado de B1 es [matemática] a * sin (x1) [/ matemática], y la de A1 es [matemática] a * cos (x1) [/ matemática]

Del teorema de Pitágoras tenemos
área (A) = área (B1) + área (A1)
[matemáticas] a ^ 2 = (a ^ 2) * (sin (x1) ^ 2 + A1) [/ matemáticas]

De manera similar, ahora podemos crear dos cuadrados A2 y B2 a partir de A1, cuya suma de áreas es igual a la de A1.Y que [matemática] x2 [/ matemática] sea el ángulo sumergido por A1. El lado de B2 es [matemática] a * sin (x2) [/ math], y el de A2 es [math] a * cos (x1) * cos (x2) [/ math].

Y podemos sustituir el área de A1 de la siguiente manera,

área (A) = área (B1) + (área (B2) + área (A2))
[matemáticas] a ^ 2 = (a ^ 2) * (sin (x1) ^ 2 + (sin (x2) ^ 2 + A2) [/ matemáticas]

Podemos repetir este proceso 12 veces. Los cuadrados finales serán A12 y B12. El lado de B12 es [matemático] a * sin (x12) [/ matemático], y el de A12 es,

a12 = [matemáticas] (a * cos (x1) * cos (x2) * cos (x3) * cos (x4) * cos (x5) * cos (x6) * cos (x7) * cos (x8) * cos ( x9) * cos (x10) * cos (x11) * cos (x12)) [/ matemáticas]

Entonces el área se convierte en la suma de 13 cuadrados:

[matemáticas] área (A) = área (B1) + área (B2) + área (B3) + área (B4) + área (B5) + área (B6) + área (B7) + área (B8) + área ( B9) + área (B10) + área (B11) + área (B12) + área (A12) [/ matemática]

Si cancelamos [math] a ^ 2 [/ math] en ambos lados de la ecuación anterior, nos quedaremos con la siguiente ecuación

[matemáticas] sin (x1) ^ 2 + (sin (x2) ^ 2 + (sin (x3) ^ 2 + sin (x4) ^ 2 + (sin (x5) ^ 2 + sin (x6) ^ 2 + (sin (x7) ^ 2 + sin (x8) ^ 2 + (sin (x9) ^ 2 + sin (x10) ^ 2 + (sin (x11) ^ 2 + sin (x12) ^ 2 + (a12) ^ 2 = 1 [/matemáticas].

Entonces, dependiendo del número de soluciones de la ecuación anterior, podemos decir si podemos dividir el cuadrado en 13 cuadrados diferentes.