Stowarzyszenie na rzecz Edukacji Matematycznej
Najciekawsze zadanie z VI OMG
7 stycznia 2012 roku około 1400 uczniów wzięło udział w drugim etapie VI Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów. Najciekawszym i jednocześnie najtrudniejszym zadaniem okazało się zadanie z planimetrii oznaczone numerem 5. Rozwiązało je niewielu uczniów, przy czym żaden z nich nie rozważył wszystkich możliwych konfiguracji. Poniżej postaramy się zadanie to dokładnie zanalizować.
Podstawowy pomysł polega na podziale kąta
na takie dwie części,
że kąty „bliższe” kątom
i
są im odpowiednio równe.
Pozwala na to podana w zadaniu równość kątów. Aby zrealizować
powyższy pomysł, należy dorysować prostą
przechodzącą przez
punkt
i przecinającą bok
w punkcie
a bok
w punkcie
tak by trójkąty
i
były
równoramienne. Wtedy dwusieczna kąta
jest symetralną boku
a dwusieczna kąta
– symetralną boku
Oznacza
to, że środek
okręgu opisanego na trójkacie
leży na
przecięciu dwusiecznych kątów
i
W sytuacji, gdy kąty
i
są ostre, możliwe są trzy przypadki przedstawione na
rysunkach 1, 2 i 3.

Rys. 4

Rys. 5
W przypadkach 2 i 3 punkt
jest środkiem okręgu wpisanego
w trójkąt
gdyż leży na przecięciu dwusiecznych. Jest on
więc jednakowo odległy od prostych
i
Żaden
z uczniów rozwiązujących to zadanie nie rozważył sytuacji, gdy trójkąta
po prostu nie ma, bądź jeden z kątów
lub
nie jest ostry. Trójkąt
nie powstaje, gdy
Ale wtedy teza jest oczywista, bo żądane odległości
są równe 0.
Pozostają do rozważenia konfiguracje, w których jeden z kątów
lub
jest rozwarty lub prosty. W tej pierwszej sytuacji załóżmy, bez
zmniejszania ogólności, że rozwarty jest kąt
(rysunek 4).
Wtedy punkt
jest środkiem okręgu dopisanego do trójkąta
i stąd wynika teza.
Najtrudniejszy do rozważenia jest przypadek, gdy jeden z kątów
lub
jest prosty (rysunek 5). Załóżmy np., że
Wtedy symetralna boku
jest równoległa do
prostych
i
i równo od nich odległa. W takim
razie odległość punktu
od prostej
jest taka sama,
jak odległość punktu
od prostej
Ta ostatnia
odległość jest z kolei równa odległości punktu
od prostej
gdyż
jest również dwusieczną kąta wierzchołkowego
do
To spostrzeżenie kończy rozwiązanie zadania.