Czy istnieje ośmiościan opisany na kuli, której rzut prostokątny na
płaszczyznę każdej ze ścian ośmiościanu jest kołem zawartym w tej
ścianie?
Rozwiązanie
Przypuśćmy, że istnieje taki ośmiościan, opisany na kuli o środku
i promieniu
Wybierzmy jedną ze ścian, styczną do owej
kuli w punkcie
Rzut kuli na płaszczyznę tej ściany jest kołem
o środku
i promieniu
(rysunek powyżej
przedstawia przekrój płaszczyzną, przechodzącą przez prostą
odcinek
jest średnicą koła
).
Stożek o podstawie
i wierzchołku
wycina na powierzchni kuli
obszar
– czaszę kulistą, ograniczoną okręgiem, którego
średnicą jest (na rysunku) odcinek
o środku
Czasze,
uzyskane w ten sposób dla ośmiu ścian, są rozłącznymi obszarami na sferze.
Suma ich pól nie przekracza pola całej sfery, równego
Wszelako
koło o średnicy
jest podstawą stożka, z wierzchołkiem w punkcie
o promieniu podstawy
i wysokości
Powierzchnia boczna tego stożka ma pole
czyli
Powierzchnia obszaru
jest
jeszcze większa. Wychodzi nierówność
po przekształceniu:
Sprzeczność; zatem taki ośmiościan
nie istnieje.
(Rachunkiem całkowym można obliczyć, że pole obszaru
wynosi
co jest większe niż
pola całej sfery; wielościan
o rozważanej własności może mieć więc co najwyżej sześć ścian).