Stowarzyszenie na rzecz Edukacji Matematycznej
Czworościan i kule
W dniu 8 stycznia 2011 roku odbyły się zawody II stopnia VI Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów, w których uczestniczyło 669 uczniów. Spośród nich 187 zostało zakwalifikowanych do zawodów stopnia III.
W czasie zawodów II stopnia uczniowie rozwiązywali pięć zadań, a my chcielibyśmy przedstawić rozwiązania jednego z nich.
Zadanie 5 miało treść następującą:
Nasuwa się pytanie, czy we wnętrzu podanego czworościanu
dałoby się zmieścić więcej kul.
Okazuje się, że 4 kule umieszczone w narożach czworościanu jak w
rozwiązaniu 1 oraz 6 kul z rozwiązania 2 nie mają punktów wspólnych. Łatwo
zauważyć, że środki dwóch sąsiednich kul są środkami boków
i
w trójkącie
a ich odległość jest równa
czyli jest większa od 1.

Zadanie z rozmieszczeniem 10 kul można również rozwiązać przez
obliczenie wysokości czworościanu „opisanego” na piramidzie złożonej z 10
kul. Wystarczy zauważyć, że czworościan „opisany” na piramidzie jest
obrazem czworościanu o krawędzi 2, którego wierzchołkami są środki
czterech narożnych kul, w jednokładności o środku w punkcie przecięcia
wysokości każdego z czworościanów. Wysokość takiego czworościanu
wynosi
i jest mniejsza od 4, czyli czworościan ten mieści się w
czworościanie opisanym w treści zadania.
Zadanie z rozmieszczeniem 6 kul rozwiązało niewielu uczestników II etapu OMG. Można podejrzewać, że z rozwiązaniem zadania w wersji trudniejszej – o 10 kulach – poradziłoby sobie więcej osób, bo ustawienie tych kul w piramidę jest pomysłem naturalnym.