Zbiory i odwzorowania»Zadanie 11
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Zbiory i odwzorowania
- Publikacja w Delcie: kwiecień 2019
- Publikacja elektroniczna: 31 marca 2019
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (390 KB)
Przypuśćmy, że pchła z szóstego zadania podróżuje niekoniecznie najkrótszą drogą, ale w każdym punkcie może się znaleźć najwyżej raz. Dowieść, że liczba różnych możliwych dróg pchły nie przekracza 
Zbiór czarnych kwadratów
jest podzbiorem zbioru wszystkich
kwadratów 
będzie liczbą naturalną. Spośród wierzchołków
-kąta foremnego wybieramy trzy, które wyznaczają trójkąt rozwartokątny. Na ile sposobów można to zrobić?
i
danego
-kąta rysujemy strzałkę
jeśli wędrując po jego obwodzie z
do
zgodnie z ruchem wskazówek zegara, przejdziemy po co najwyżej
bokach. Z każdego wierzchołka wychodzi
strzałek i tyle samo do każdego wchodzi. Każdy trójkąt rozwartokątny posiada jeden wierzchołek, z którego wychodzą dwie strzałki, i odwrotnie - każde dwie strzałki wychodzące z wspólnego wierzchołka wyznaczają trójkąt rozwartokątny.
bok
jest najdłuższy. Okrąg wpisany jest styczny do boków
odpowiednio w punktach
Na prostej
leży taki punkt
że odcinki
oraz
są równoległe. Dowieść, że prosta
przechodzi przez środek odcinka 
i
oznaczmy przez
a punkt przecięcia prostych
i
- przez
Przyjmijmy ponadto oznaczenia:
(więc
);
Dzięki równoległości
mamy podobieństwa
z których wynikają proporcje
czyli że

przeciętego prostą
) daje równość
wykonując obliczenia na kątach.
przecinają się w punkcie
Punkt
jest środkiem tego łuku
okręgu opisanego na trójkącie
który zawiera punkt
Wyznaczyć miarę kąta
jeśli spełniona jest równość 
jest dwusieczną
z czego można otrzymać
a dalej
Dodatkowo punkt
leży na symetralnej odcinka
więc jest środkiem okręgu opisanego na trójkącie 
jest środkiem okręgu wpisanego w trójkąt
Prosta
przecina odcinek
w punkcie
Symetralna odcinka
przecina proste
oraz
odpowiednio w punktach
i
Dowieść, że wysokości trójkąta
przecinają się w punkcie 
leży na okręgu opisanym na trójkącie
Stąd można wykazać, że 
w którym
Dwusieczna kąta
przecina bok
w punkcie
Punkt
jest środkiem boku
Udowodnić, że prosta przechodząca przez środki okręgów opisanych na trójkątach
i
jest równoległa do prostej 
i
są średnicami okręgów opisanych odpowiednio na trójkątach
i 
wpisano okrąg o środku
Proste
i
przecinają okrąg opisany na trójkącie
odpowiednio w punktach
i
różnych od
i
Punkt
jest takim punktem, że czworokąt
jest równoległobokiem. Dowieść, że jeśli
to 
jest symetralną odcinka
Ponadto trójkąty
i
są przystające, co daje 
jest styczny do odcinków
w punktach odpowiednio
Niech
i
będą odpowiednio środkami okręgów wpisanych w trójkąty
Prosta
jest symetryczna do prostej
względem prostej
analogicznie określamy proste
i
Dowieść, że proste
i
przecinają się w jednym punkcie.
i
są środkami łuków
okręgu opisanego na trójkącie
Punkt
i środek
okręgu wpisanego w trójkąt
są symetryczne względem prostej
(por. poprzednie zadanie), więc
przechodzi przez punkt 
Zastosować twierdzenie Ptolemeusza dla czworokąta
oraz twierdzenie o trójliściu, by wykazać, że punkt
jest środkiem odcinka 
i opisany na trójkącie o promieniu
Odległość między środkami tych okręgów jest równa
Dowieść, że
(twierdzenie Eulera).
będzie rzutem prostokątnym punktu
na odcinek
Trójkąty
oraz
są podobne, więc
Po zastosowaniu twierdzenia o trójliściu i przekształceniach otrzymamy
Z drugiej strony,
jest potęgą punktu
względem okręgu opisanego na trójkącie
czyli wynosi 



oraz
więc 



deltoidu może zawierać jego krótszą przekątną (rys. (b)). Wówczas
co prowadzi do równości
oraz 
o równych polach i takie, że 



z rysunku mają równe pola i nie są przystające. Niech
będą obrazami
w symetrii odpowiednio względem
i
Wówczas deltoidy
i
spełniają warunki zadania: mają równe pola i odpowiednie boki oraz nietrudno sprawdzić, że są nieprzystające i wypukłe.


będą punktami styczności sfery wpisanej w czworościan ze ścianami odpowiednio
Wówczas
i
jako odcinki stycznych do tej sfery, więc
po rozpłaszczeniu jest deltoidem. Podobnie uzyskujemy pozostałe deltoidy.
o osi symetrii
i kątach prostych przy
i
Bila wybita z wierzchołka
po odbiciu od boku
a następnie od
trafia w wierzchołek
Wykaż, że środek drogi bili leży na 
o środku w punkcie
Oznaczmy przez
punkt przecięcia drogi bili z odcinkiem
niech
będzie obrazem
w symetrii względem
Wystarczy dowieść, że
i że odcinki te są równe rozprostowanym odpowiednim fragmentom drogi bili. Przyda się fakt, iż kąt padania bili równy jest kątowi odbicia.
o osi symetrii
Punkty
są odpowiednio punktami styczności okręgu wpisanego z bokami
; proste
i
przecinają się w punkcie
Wykaż, że punkty
leżą na jednym okręgu.
korzystając np. z
z równoramienności trójkąta
i z twierdzenia o stycznej i cięciwie.
w którym
Punkty
i
leżą odpowiednio na bokach
i
przy czym



i
będą punktami symetrycznymi do punktów
i
odpowiednio względem prostych
i
Z danych w treści zadania równości kątów wynika, że punkty
leżą na jednej prostej, a zatem
oznacza to, że trójkąt
jest równoboczny. W konsekwencji, wobec równości kątów
uzyskujemy
o boku
podzielony na
trójkątów równobocznych o boku
Każdy punkt, który jest wierzchołkiem co najmniej jednego z tych
trójkątów, nazwijmy węzłem.
a dwa do 


będzie zbiorem
węzłów należących do boku 
jednoznacznie wyznacza równoległobok o zadanych własnościach, którego punktami przecięcia z
są te cztery punkty i którego "najniższy" wierzchołek nie leży na
Z kolei każda trójka różnych punktów z
jednoznacznie wyznacza taki równoległobok, którego "najniższy" wierzchołek leży na 
w trzech lub czterech punktach i są to punkty należące do
Stąd wniosek, że szukana liczba równoległoboków jest równa łącznej liczbie wyborów trzech lub czterech elementów zbioru
-elementowego, czyli