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.
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.