Przeskocz do treści

Delta mi!

Stowarzyszenie na rzecz Edukacji Matematycznej

O pewnym zadaniu VIII OMG

Andrzej Fryszkowski

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: czerwiec 2013
  • Publikacja elektroniczna: 28-05-2013
  • Wersja do druku [application/pdf]: (52 KB)

Na zawodach II stopnia VIII OMG, które odbyły się 5 stycznia 2013, jedno z zadań było następujące...

Odpowiedź jest pozytywna, a rozwiązujący podawali (i uzasadniali), że warunki spełnia np. trójkąt równoramienny o długości podstawy 30 i ramion po 25. Wtedy wysokość opuszczona na podstawę ma długość 20, a na każde z ramion po 24. Zwykle dochodzono do tego, odbijając symetrycznie trójkąt prostokątny o bokach długości 3, 4 i 5 względem dłuższej przyprostokątnej. Otrzymuje się wtedy trójkąt równoramienny o długości podstawy 6 i ramion po 5, a wysokości, odpowiednio, 4 i dwie po math Kąt przy podstawie jest, oczywiście, ostry, a kąt między ramionami jest mniejszy niż math gdyż jest równy podwojonemu mniejszemu kątowi w trójkącie prostokątnym (leży naprzeciw krótszej przyprostokątnej). Jest to zatem trójkąt ostrokątny, w którym żądane długości są liczbami wymiernymi. Wystarczało teraz powiększyć go pięciokrotnie (jednokładnie względem któregoś wierzchołka w skali math), aby otrzymać odpowiedź.

Analizując powyższy przykład, widzimy, że istotne było w nim znalezienie takiego trójkąta ostrokątnego, w którym żądane długości są liczbami wymiernymi i do tego posłużył trójkąt prostokątny o bokach długości 3, 4 i 5. Jest to najmniejszy trójkąt prostokątny, którego długości boków math i  math tworzą tzw. trójkę pitagorejską math czyli są liczbami naturalnymi spełniającymi równanie

display-math

Równanie to ma nieskończenie wiele rozwiązań, a wszystkie trójki pitagorejskie wyrażają się wzorami

display-math

gdzie math i  math  są liczbami naturalnymi. Przypomnijmy też, że w trójce pitagorejskiej musi być math gdyż math jest liczbą niewymierną.

Powstaje pytanie, czy dla dowolnej trójki pitagorejskiej math analogiczna konstrukcja prowadzi do trójkąta ostrokątnego o wymaganych w zadaniu własnościach. Odpowiedź też jest pozytywna. Załóżmy, że math i odbijmy symetrycznie trójkąt prostokątny o bokach długości math i  math względem dłuższej przyprostokątnej. Wtedy otrzymuje się trójkąt równoramienny o podstawie długości math i ramion po math Pole tego trójkąta wynosi math zatem wysokości mają długości, odpowiednio, math i  math Uzasadnienie, że jest to trójkąt ostrokątny, jest analogiczne. Wystarczy teraz powiększyć ten trójkąt math razy, aby otrzymać pozytywną odpowiedź.

obrazek

Trudniejsza jest sprawa, gdy pytamy o trójkąt ostrokątny o żądanych w zadaniu własnościach, ale niekoniecznie równoramienny. W tym przypadku odpowiedź też jest pozytywna, a poszukiwanie trójkąta o żądanych własnościach również opiera się na opisanym wyżej motywie. Weźmy dwie różne trójki pitagorejskie math i  math i niech math oraz math Rozważmy trójkąty prostokątne math  i  math  o bokach długości: math  oraz math  gdzie math  jest w nich wspólną, dłuższą z przyprostokątnych.

Zauważmy, że w trójkącie math  boki mają długości: math  i  math  Pole tego trójkąta wynosi math Wysokości mają długości, odpowiednio,

display-math

są więc liczbami wymiernymi. Zatem w trójkącie math  długości wszystkich boków i wysokości są wymierne. Powiększając więc go math razy (jednokładnie względem któregoś wierzchołka), otrzymujemy trójkąt o żądanych własnościach.