HDU 6158 笛卡尔定理 + 韦达定理

题目链接


感谢ICPCCamp的题解,链接送上:CCPC 2017网络赛题解

题解已经讲得非常清楚了,补充一点细节吧。

(1).关于笛卡尔定理

对于此题,只需要了解这么一个性质:(来自wiki 用的谷歌翻译,若有偏差还请指出~)

定义一个圆的曲率 k = ± 1 r k =\pm \frac{1}{r} k=±r1,其中 r r r是其半径。
若平面有两两相切,且有 6 6 6个独立切点的四个圆,设其曲率为 k 1 , k 2 , k 3 , k 4 k_1,k_2,k_3,k_4 k1,k2,k3,k4(若该圆与其他圆均外切,则曲率取正,否则取负)则其满足性质:
( k 1 + k 2 + k 3 + k 4 ) 2 = 2 ( k 1 2 + k 2 2 + k 3 2 + k 4 2 ) (k_1 + k_2 + k_3 + k_4)^2 =2 (k_1^2 +k_2^2+k_3^2 + k_4^2 ) (k1+k2+k3+k4)2=2(k12+k22+k32+k42)

(2).关于韦达定理
对于此题,第一个与已知圆相切的圆的半径非常好求,其半径 r 3 = ( r 1 − r 2 ) r_3 = (r_1 - r_2) r3=(r1r2),其中 r 1 r_1 r1是已知圆中较大圆的半径。

故我们现在 k 1 , k 2 , k 3 k_1,k_2,k_3 k1,k2,k3均为已知,代入上面笛卡尔定理的式子便能求解出 k 4 k_4 k4
易发现这是一个关于 k 4 k_4 k4的二次方程,化简为标准形式为:

k 4 2 − 2 ( k 1 + k 2 + k 3 ) k 4 + ( k 1 + k 2 + k 3 ) 2 − 2 ( k 1 2 + k 2 2 + k 3 2 ) = 0 k_4^2 - 2(k_1+k_2+k_3)k_4 + (k1+k2+k3)^2 - 2(k_1^2+k_2^2+k_3^2) = 0 k422(k1+k2+k3)k4+(k1+k2+k3)22(k12+k22+k32)=0

直接求解是挺困难的,设两个解是 x 1 , x 2 x_1,x_2 x1,x2,利用韦达定理:

x 1 + x 2 = 2 ( k 1 + k 2 + k 3 ) x_1 + x_2 = 2(k1 + k2 + k3) x1+x2=2(k1+k2+k3)

因为 k 4 k_4 k4所代表的圆与前三个圆均相切,对于此题, x 1 , x 2 x_1,x_2 x1,x2就是 k 3 k_3 k3所代表圆左右两个圆的曲率。

对于题目给的图:
k 3 k_3 k3代表圆 1 1 1,则 x 1 , x 2 x_1,x_2 x1,x2分别代表圆2和圆3
k 3 k_3 k3代表圆 2 2 2,则 x 1 , x 2 x_1,x_2 x1,x2分别代表圆1和圆4

这样我们就可以类似迭代的方式,不断往后递推求解。

HDU 6158 笛卡尔定理 + 韦达定理_第1张图片


另外小心精度和时间的问题。
因为N越大,其后面的圆的面积对于答案的贡献几乎可以忽略不计,这时要及时退出循环,避免超时。

亲测,当eps取(1e-13)时跑得最快。

218msAC


代码:

#include
#include
#include
using namespace std;
typedef long long ll;

const double eps = 1e-13;
const double PI = acos(-1.0);
int main(){
    int T;scanf("%d",&T);
    while(T--){
        int r1,r2,n;
        scanf("%d%d%d",&r1,&r2,&n);
        if(r1 < r2) swap(r1,r2);
        double k1 = -1.0/r1,k2 = 1.0/r2,k3 = 1.0/(r1-r2);
        double k4 = k1 + k2 + k3;
        double ans = (r1-r2)*(r1-r2);
        n--;
        for(int i=1 ;i<=n ;i+=2){
            double r4 = 1.0/k4;
            if(r4*r4 < eps) break;
            ans += r4*r4;if(i+1<=n) ans += r4*r4;
            double k5 = 2*(k1+k2+k4) - k3;
            k3 = k4;k4 = k5;
        }
        printf("%.5f\n",ans*PI);
    }
    return 0;
}

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