Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (364 KB)
Wtrójkącie ostrokątnym wysokości iprzecinają się wpunkcie Proste iprzecinają się wpunkcie Prosta przechodząca przez środek boku irównoległa do dwusiecznej kąta przecina proste odpowiednio, wpunktach Udowodnić, że okręgi opisane na trójkątach isą przystające.
Okrąg leży wewnątrz okręgu iwspółdzieli znim środek. Wkole ograniczonym przez znajduje się punkt Znaleźć taki punkt na okręgu by długość odcinka gdzie jest punktem przecięcia okręgu zodcinkiem była jak największa.
Rozwiązanie
Niech będzie środkiem okręgów iZauważmy, że długość odcinka jest malejącą funkcją kąta czyli rosnącą funkcją kąta więc również rosnącą funkcją odległości punktu od prostej Ta odległość jest nie większa od długości odcinka ijest równa tylko wtedy, gdy Ta ostatnia równość definiuje nam poszukiwany punkt
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (374 KB)
Przy oznaczeniach zrysunku udowodnić, że punkty są środkami sześciu łuków, które na okręgu wyznaczają punkty i
Wskazówka
Punkt jest środkiem okręgu wpisanego w trójkąt a dwusieczne kątów wewnętrznych i zewnętrznych przecinają okrąg opisany na trójkącie w środkach odpowiednich łuków (zob. kącik nr 3).
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (374 KB)
Trapez opodstawach ijest równoramienny. Prosta przechodzi przez środek okręgu opisanego na tym trapezie, jest równoległa do jego podstaw ileży pomiędzy nimi, dwa razy bliżej prostej niż prostej Punkt jest rzutem punktu na prostą Dowieść, że
Wskazówka
Prosta jest prostą Eulera trójkąta bo leży na niej środek ciężkości i środek okręgu opisanego na tym trójkącie. Punkt jest ortocentrum trójkąta gdyż leży on na jego prostej Eulera oraz na wysokości poprowadzonej z wierzchołka
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (374 KB)
Wrównoległoboku kąt jest ostry. Punkt spełnia warunek Prosta przecina odcinek wpunkcie Udowodnić, że punkt oraz środki odcinków leżą na wspólnym okręgu.
Wskazówka
Punkty tworzą układ ortocentryczny, gdyż i Rozważyć okrąg dziewięciu punktów tego układu.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (374 KB)
Odcinki isą wysokościami trójkąta różnobocznego Niech oznacza punkt przecięcia prostych ianalogicznie definiujemy punkty iWykazać, że punkty leżą na prostej prostopadłej do prostej Eulera trójkąta
Wskazówka
Potęgi punktu względem okręgów: okręgu o średnicy oraz są równe, więc punkt leży na osi potęgowej okręgów i czyli prostej prostopadłej do (prostej Eulera). Analogicznie postępujemy z punktami i (O potędze punktu względem okręgu można przeczytać w kąciku nr 11).
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (416 KB)
Wewnątrz wypukłego -kąta leży taki punkt że każdy z trójkątów jest równoramienny (przyjmujemy ). Czy stąd wynika, że wielokąt ma okrąg opisany, którego środkiem jest punkt
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Punkt jest środkiem okręgu opisanego na trójkącie Punkty i są symetryczne do punktu względem prostych odpowiednio i Dowieść, że punkt jest ortocentrum trójkąta
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Skonstruować za pomocą cyrkla i liniału ortocentrum danego trójkąta nieprostokątnego, wykonując tylko sześć ruchów elementarnych (ruch elementarny polega na wykreśleniu odcinka lub łuku).
Wskazówka
Najpierw wyznaczamy środek odcinka Okrąg o średnicy przecina proste i w punktach, które są spodkami wysokości trójkąta
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (261 KB)
Udowodnić, że dla dowolnej kwadratowej siatki istnieje takie pokrycie płytkami w kształcie litery złożonymi z trzech kwadratów, które pozostawia jeden z czterech centralnych kwadratów odkryty (przypadki oraz poniżej).
Rozwiązanie
Rysunek dla przypadku sugeruje pewną metodę wypełniania, ale Czytelnik szybko przekona się, że metody tej nie da się powtórzyć dla My zaś rozwiążemy problem, dowodząc, że można znaleźć takie pokrycie, dla którego dowolnie z góry wybrany kwadrat pozostanie odkryty. Z tego oczywiście natychmiast wynika pozytywne rozwiązanie problemu. Rozumowanie przebiega oczywiście indukcyjnie względem i przypadek jest oczywisty.
W kroku indukcyjnym ustalmy dowolne i kwadrat podzielmy na cztery mniejsze kwadraty, jak na rysunku poniżej. Pomarańczowy kwadrat to nasze dowolnie wybrane, ale ustalone pole, którego nie możemy przykryć. W trzech kwadratach z podziału, które nie zawierają wyróżnionego pomarańczowego pola, zaznaczamy te płytki, które są narożnymi polami centralnego bloku Korzystamy teraz z indukcji i wypełniamy wszystkie cztery kwadraty płytkami tak, aby nie nakryć pól pomarańczowego i szarych. Następnie szare pola nakrywamy pojedynczą płytką. Dowód jest zakończony.
Rysunki poniżej prezentują odpowiednie wypełnienie metodą indukcji dla przypadków oraz Każda szara płytka odpowiada tej wykorzystanej w dowodzie indukcyjnym.
Uwaga
Przedstawione rozumowanie jest w swojej naturze zbliżone do tego z Zadania 1: bez problemu radzimy sobie z indukcją w sytuacji ogólnej, natomiast przypadek szczególny (niezakryte pole w centrum kwadratu) nas przerasta. Oczywiście moglibyśmy konstruować odpowiednie wypełnienia, jak to zrobiliśmy w przypadkach oraz ale jak się przekonaliśmy powyżej, konstrukcja w jednym przypadku nie przenosi się na kolejne.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (261 KB)
Koło opromieniu 15 przecina się zkołem opromieniu 20 pod kątem prostym. Wyznaczyć różnicę pól tych części kół, które nie są wspólne dla obu.
Rozwiązanie
Rozważmy dwie dowolne figury, których część wspólna jest jakimś innym kształtem. Niech pola dwóch kształtów będą odpowiednio równe oraz (można założyć, że ) oraz pole części wspólnej jest równe Wtedy szukane pole jest równe
Zatem pole zproblemu jest równe
Komentarz
Zapewne niejeden mistrz rachunków igeometrii zacząłby to zadanie od wyznaczenia pola części wspólnej. Wszak kąt prosty przecięcia brzmi tak kusząco... Tymczasem wystarczy rozważyć problem ogólny, gdyż kształty figur oraz pole części wspólnej nie odgrywa żadnej roli. Jednocześnie pozbywamy się uciążliwych rachunków iotrzymujemy rozwiązanie problemu zkołami.
Kwadrat podzielono liniami równoległymi do jego boków na 5 prostokątów, jak na rysunku obok. Udowodnić, że jeśli zewnętrzne prostokąty mają równe pola, to wewnętrzny prostokąt jest kwadratem.
Rozwiązanie
Przyjmijmy oznaczenia jak na rysunku. Załóżmy, że bok kwadratu ma długość 1, i przypuśćmy, że Ponieważ mamy Jednocześnie zatem Skoro jednak musi być Analogicznie wnioskujemy stąd kolejno i Mamy zatem sprzeczność. Podobnie wykluczamy przypadek zatem więc skąd już w prosty sposób wnioskujemy, że środkowy prostokąt jest kwadratem.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (560 KB)
"Kwadrat w Trójkącie".
W trójkącie równobocznym zawarty jest kwadrat o największym możliwym polu. Jaką część pola trójkąta zajmuje ten kwadrat?
Rozwiązanie
Najpierw musimy uzasadnić, że optymalna konfiguracja wygląda tak jak na rysunku 1, z jednym bokiem kwadratu leżącym na boku trójkąta. Ten żmudny fragment pozostawiamy Czytelnikom, tym bardziej że wkrótce podamy inne, dosyć przekonujące uzasadnienie. Reszta to elementarna geometria. Zakładając, że duży trójkąt ma bok długości 1, mamy:
a stąd czyli stosunek pola kwadratu do pola trójkąta wynosi
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (560 KB)
"Sześcian w Dwudziestościanie".
W dwudziestościanie foremnym zawarty jest sześcian o największej możliwej objętości. Jaką część objętości dwudziestościanu zajmuje ten sześcian?
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (560 KB)
"P w Q".
W danym wielokącie wypukłym zawarty jest wielokąt o największym możliwym polu, podobny do danego wielokąta wypukłego Jaką część pola zajmuje ten wielokąt?
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Na okręgu znajduje się punktów czarnych i białych. Rysujemy cięciw, z których każda ma jeden koniec biały a drugi czarny. Udowodnić, że można zrobić to tak, by każde dwie narysowane cięciwy przecinały się.
Wskazówka
Narysować cięciw "byle jak" i zastosować rozumowanie podobne do tego, które przedstawiono we wstępie.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Z płytek w kształcie trójkąta równobocznego o boku 1 ułożono trójkąt równoboczny o boku Każda płytka jest z jednej strony czerwona, a z drugiej niebieska. Ruch polega na wykonaniu następujących czynności: wybieramy płytkę mającą wspólne boki z co najmniej dwiema płytkami, których widoczne strony mają kolor inny niż widoczna strona płytki Następnie odwracamy płytkę na drugą stronę. Czy ta zabawa może trwać bez końca?
Wskazówka
Przeanalizować liczbę jednostkowych odcinków, które oddzielają płytki o różnych kolorach na wierzchnich stronach.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Mamy dany wielokąt wklęsły. Ruch polega na wyborze przekątnej leżącej na zewnątrz tego wielokąta, przy czym cały wielokąt poza punktami i musi leżeć po jednej stronie prostej Następnie jedną z łamanych, na które punkty i dzielą brzeg wielokąta, odbijamy środkowosymetrycznie względem środka odcinka otrzymując nowy wielokąt. Dowieść, że po pewnej, skończonej liczbie takich operacji, otrzymamy wielokąt wypukły.
Wskazówka
Jest jasne, że pole wielokąta wzrasta po każdym ruchu. Wystarczy wykazać, że przyjmuje ono tylko skończenie wiele wartości. W tym celu dla wielokąta rozważmy wektory Wykonanie ruchu zmienia jedynie kolejność wektorów a ta jednoznacznie określa pole wielokąta.
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (379 KB)
Na tablicy napisano trzy nieujemne liczby całkowite. Wybieramy z tej trójki dwie liczby i zastępujemy je liczbami i a trzecia liczba pozostaje bez zmiany. Z otrzymaną trójką postępujemy tak samo. Rozstrzygnąć, czy z każdej początkowej trójki liczb całkowitych nieujemnych można w ten sposób otrzymać trójkę, w której co najmniej dwie liczby są zerami.
Wskazówka
Trójkę zapiszemy w postaci w której i są całkowite nieujemne, zaś i są nieparzyste lub równe Jeśli w tej trójce jest najwyżej jedno zero, to stosując operacje z zadania, można doprowadzić do trójki w której W tym celu przydatne są równości i dzięki którym z trójki otrzymamy trójkę
Schodkowy trójkąt o wysokości to figura złożona z pól jednostkowych (patrz rysunek). Ile jest prostokątów złożonych z całych pól takiego trójkąta?
Rozwiązanie
Umieśćmy schodkowy trójkąt w układzie współrzędnych w taki sposób, aby środki jego pól były w punktach dla wszystkich par liczb całkowitych nieujemnych takich, że
Zauważmy, że przedłużenia boków dowolnego prostokąta złożonego z całych pól schodkowego trójkąta przecinają prostą w czterech różnych punktach spośród następujących:
Odwrotnie, każde cztery różne punkty spośród powyższych wyznaczają dokładnie jeden prostokąt - dwa niższe punkty są zawarte w przedłużeniach poziomych boków prostokąta, a dwa wyższe - w przedłużeniach boków pionowych.
Zbudowana wzajemnie jednoznaczna odpowiedniość między szukanymi prostokątami a czwórkami spośród ustalonych punktów świadczy o tym, że odpowiedź na postawione w zadaniu pytanie to
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (346 KB)
Na płaszczyźnie leżą różne punkty i Punkty są środkami odpowiednio odcinków Dowieść, że odcinki i mają wspólny punkt.
Wskazówka
Odcinki i są równoległe do i mają długość Wynika z tego, że albo punkty leżą na jednej prostej, albo wyznaczają równoległobok. Analogicznie jest dla odcinków i
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (346 KB)
Czworokąt jest wypukły. Punkty i są środkami odcinków odpowiednio i Wykazać, że jeśli i to czworokąt jest równoległobokiem.
Wskazówka
Niech będzie punktem przecięcia odcinków i natomiast - odcinków i Trójkąty i są podobne do trójkąta w skali (kbk), a trójkąt jest do nich przystający (bkb). W takim razie i analogicznie i
Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (346 KB)
Odcinki i są wysokościami trójkąta Punkt jest środkiem odcinka a punkty i są symetryczne do względem prostych odpowiednio i Wykazać, że środek odcinka leży na prostej
Wskazówka
Czworokąty i są rombami, bo ich przekątne dzielą się na połowy i są prostopadłe. Odcinki i mają zatem długość i są równoległe do