Условие
На какое наибольшее число частей могут разбить плоскость Oxy графики n квадратных трехчленов вида y=ax2+bx+c(n=1,2,3,…)?
Ответ: n2+1.
Решение
Докажем по индукции, что число частей не превосходит n2+1. Для n=1 это ясно: парабола делит плоскость на две части.
Пусть доказано, что n−1 графиков делят плоскость не более, чем на (n−1)2+1 частей. Проведем последний, n-й график. Он пересекается с каждым из n−1 предыдущих максимум в двух точках, т.е. он будет разбит не более чем на 2(n−1)+1=2n+1 кусков (включая два крайних, уходящих в бесконечность). Каждый из этих кусков параболы делит одну из имеющихся частей плоскости на две. Таким образом, при проведении последней параболы число частей увеличится не более чем на 2n+1, т.е. не превзойдет (n−1)2+1+2n+1=n2+1.
Легко строится пример, когда все графики попарно пересекаются в двух точках (см. рисунок) — при этом получится максимальное число частей, указанное в ответе.
Точно такие же образом можно подсчитать максимальное число частей, на которые делят плоскость n прямых, n окружностей и т.п.