Zadania z matematyki - I 2020»Zadanie 1626
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Zadania z matematyki - I 2020
- Publikacja w Delcie: styczeń 2020
- Publikacja elektroniczna: 31 sierpnia 2020
Znaleźć największe pole trójkąta o bokach
gdzie
jest punktem wewnątrz trójkąta równobocznego
o boku 1.
poprowadźmy proste równoległe do boków trójkąta
przecinające te boki w punktach
jak na rysunku. Wówczas
podobnie z długościami
i
stąd należy zmaksymalizować pole trójkąta
Oznaczając przez
pole figury
dostajemy
i
są podobne do
w skalach odpowiednio
i
W związku z tym
Równość otrzymamy, biorąc za punkt
środek ciężkości trójkąta
co kończy rozwiązanie.
i
przecinają się w punktach
i
Środek
okręgu
leży na okręgu
i jest końcem jego średnicy
Cięciwa
okręgu
niebędąca średnicą, przecina okrąg
oraz odcinek
odpowiednio w punktach
oraz
Prosta przechodząca przez
równoległa do
przecina odcinek
w punkcie
Dowieść, że prosta
przechodzi przez środek odcinka 

połowi kąt
Leżący na nim punkt
spełnia warunek
charakteryzujący środek okręgu wpisanego w trójkąt
Trójkąt
jest podobny do
(równe kąty przy wierzchołkach
oraz
). Otrzymujemy następujący ciąg proporcji (pierwsza z nich zachodzi, bo
jest dwusieczną kąta
w trójkącie
; druga wynika ze wspomnianego podobieństwa; a ostatnia z równoległości
):
będzie punktem przecięcia prostych
i
Wystarczy teraz zastosować twierdzenie Menelausa do trójkąta
przeciętego prostą
:


można wpisać okrąg. Przez środek każdego z odcinków
poprowadzono proste prostopadłe do przeciwległych boków czworokąta
Proste te ograniczają obszar będący czworokątem wypukłym. Wykazać, że w ten czworokąt również można wpisać okrąg.
można opisać okrąg. Niech
będzie punktem przecięcia przekątnych czworokąta. Załóżmy, że dwusieczna kąta
przecina prostą
w punkcie
zaś prostą
w punkcie
; niech ponadto dwusieczna kąta
przecina prostą
w punkcie
zaś prostą
w punkcie
Udowodnić, że okręgi opisane na trójkątach
mają punkt wspólny.
Punkty
i
leżące odpowiednio wewnątrz trójkątów
i
mają tę własność, że
Wykazać, że
oznacza pole figury 
oraz
to istnieje punkt jednocześnie symetryczny do
względem
i do
względem
; nazwijmy go
Skoro
oraz
to lewa strona dowodzonej równości przybiera postać 
jednocześnie symetryczny do
względem
oraz do
względem
i podobnie prawą stronę dowodzonej równości można przepisać jako
Do zakończenia rozwiązania wystarczy zauważyć, że trójkąty
oraz
są przystające (cecha bok-bok-bok).
Punkty
i
leżące odpowiednio wewnątrz trójkątów
i
mają tę własność, że
Wykazać, że 
oraz
to istnieje punkt jednocześnie symetryczny do
względem
i do
względem
; nazwijmy go
Trójkąt
ma boki o długościach
a jego kąt wewnętrzny przy wierzchołku
ma miarę 
jednocześnie symetryczny do
względem
oraz do
względem
Trójkąt
jest przystający do trójkąta
a kąt wewnętrzny przy wierzchołku
ma miarę
Pozostaje zauważyć, że
Teza zadania wynika więc z twierdzenia Pitagorasa zastosowanego do dowolnego z tych dwóch trójkątów.
trójkąta ostrokątnego
po jego zewnętrznej stronie, zbudowano trójkąty prostokątne równoramienne
z kątami prostymi przy wierzchołkach
Odcinki
i
przecinają się w punkcie
Punkty
i
są środkami odcinków
i
Udowodnić, że każda z prostych
jest prostopadła do prostej 
będą rzutami prostokątnymi punktów
na prostą
Trójkąt prostokątny
jest przystający do trójkąta
; analogicznie, trójkąt
przystaje do
Zatem
Z ostatniej równości wynika, że środek
odcinka
jest też środkiem odcinka
i wobec tego 
przecina odcinki
i
w punktach, które nazwiemy odpowiednio
i
Z proporcji

zatem
i w takim razie
To oznacza, że
a prosta
to prosta
prostopadła (z definicji) do 
wpisano dwa okręgi:
styczny do ramion kąta w punktach
i
oraz
- w punktach
i
Wykazać, że okręgi te wyznaczają cięciwy jednakowej długości na ich wspólnej siecznej 
i
przecinają się w punktach
i
Z punktu
leżącego na prostej
poprowadzono styczną do
w punkcie
i do
w punkcie
Udowodnić, że trójkąt
jest równoramienny.
o podstawach
i
Okręgi o średnicach
i
przecinają się w punktach
i
Przekątne trapezu przecinają się w punkcie
Dowieść, że punkty
i
leżą na jednej prostej.
jest osią potęgową pary okręgów z zadania, więc wystarczy wykazać, że punkt
ma jednakową względem nich potęgę. Można to zrobić za pomocą podobieństwa trójkątów
i 
jest wysokością trójkąta
w którym
Okrąg o środku
i promieniu
oraz okrąg opisany na trójkącie
przecinają się w punktach
i
Dowieść, że prosta
przechodzi przez środek odcinka 
ma równą potęgę względem obu okręgów z zadania. Umiejętne zastosowanie twierdzenia Pitagorasa powinno wystarczyć.
poprowadzono styczne do okręgu
o środku
w punktach
i
Punkt
jest środkiem odcinka
Okrąg
przechodzący przez punkty
i
przecina okrąg
w punktach
i
Wykazać, że punkty
i
leżą na jednej prostej.
będzie okręgiem o średnicy
Wówczas okrąg
przechodzi przez punkt
i jest styczny do prostej
w punkcie
Wystarczy zauważyć, że punkt
ma jednakową potęgę względem okręgów
i 
Okrąg styczny do odcinków
i
przecina odcinek
w punktach
i
Wykazać, że 
i
względem okręgu z zadania i odjąć stronami otrzymane równości.
jest środkiem okręgu opisanego, a punkt
ortocentrum trójkąta ostrokątnego i różnobocznego
Punkty
i
leżą odpowiednio na odcinkach
i
przy czym czworokąt
jest równoległobokiem. Wykazać, że 
i
mają równą potęgę względem okręgu opisanego na trójkącie
Do tego celu wystarczy podobieństwo odpowiednich trójkątów.
i prostopadła do niej cięciwa
okręgu
przecinają się w punkcie
Okrąg
jest styczny (wewnętrznie) do okręgu
i do odcinków
oraz
Niech
będzie punktem styczności okręgu
do odcinka
Wykazać, że 
i
będą punktami styczności okręgu
do, odpowiednio, okręgu
i odcinka
Wówczas punkty
i
są współliniowe, gdyż punkt
jest obrazem punktu
w jednokładności względem punktu
która przekształca okrąg
na
Mamy też
bo są to kąty wpisane, oparte na równej długości łukach okręgu
Resztę załatwia podobieństwo trójkątów i potęga punktu
względem okręgu 
jest wpisany w okrąg o środku
; przy tym
Przekątne
i
są prostopadłe, zaś przekątne
i
przecinają się w takim punkcie
że
Wykazać, że trójkąt
jest równoboczny.
punkt
jest środkiem łuku
; zatem prosta
jest dwusieczną kąta wpisanego
Przy tym jest prostopadła do prostej
; jest więc symetralną odcinka
Stąd wynika, że
i
przecinające się w punkcie
wyznaczają trójkąty podobne:
; a ponieważ
zatem
(ostatnia równość jest dana w założeniach). To pokazuje, że trójkąt
jest równoboczny, wobec czego
W takim razie 
to deltoid
; stąd
Wobec wcześniejszego spostrzeżenia, że
dostajemy tezę zadania: trójkąt
jest równoboczny.
i
są równoboczne i leżą na zewnątrz równoległoboku
Udowodnić, że trójkąt
też jest równoboczny.
i
są przystające (bkb).
Punkty
i
są środkami odcinków odpowiednio
i
Dowieść, że trójkąt
jest równoboczny.
na
przystające trójkąty równoboczne można zauważyć, że odcinki
są dłuższymi przekątnymi przystających równoległoboków
i
leżą odpowiednio na bokach
i
prostokąta
przy czym trójkąt
jest równoboczny. Punkt
jest środkiem odcinka
Wykazać, że trójkąt
jest równoboczny.
i
leżą na okręgu o średnicy
więc
analogicznie 
i
leżą kolejno na prostej
Punkty
i
leżą po tej samej stronie prostej
przy czym trójkąty
i
są równoboczne. Punkty
i
są środkami odcinków odpowiednio
i
Udowodnić, że trójkąt
jest równoboczny.
wokół punktu
o
otrzymamy trójkąt
Obrazem punktu
w tym obrocie jest punkt
więc
i 
i punkt
wewnątrz niego, przy czym zachodzą równości:
i
Dowieść, że środki odcinków
i
są wierzchołkami trójkąta równobocznego.
o
wokół punktu
otrzymamy trójkąt
Zatem te trójkąty są przystające oraz proste
i
przecinają się pod kątem 
na zewnątrz niego, zbudowano trójkąty równoboczne
i
Środkami tych trójkątów są odpowiednio punkty
i
Dowieść, że trójkąt
jest równoboczny (twierdzenie Napoleona).
jest podobny do trójkąta
w skali
(bkb), analogicznie trójkąt
do
Stąd
Tą samą metodą dowodzimy, że 
o podstawach
i
w którym
Na boku
tego trapezu leży taki punkt
że
Wykazać, że 
Wówczas trójkąty
i
są równoboczne, dalej dowodzimy, że trójkąty
i
są przystające (bkb).
leży wewnątrz sześciokąta foremnego
Udowodnić, że suma pól trójkątów
i
jest równa sumie pól trójkątów
i 
i
otrzymując trójkąt równoboczny. Suma pól trójkątów
i
stanowi
pola tego trójkąta.
mamy
Wykazać, że 
będzie punktem symetrycznym do
względem prostej
Wówczas trójkąt
jest równoboczny oraz
wszystkie kąty płaskie przy wierzchołku
mają miarę
Wykazać, że 
będzie siatką tego czworościanu po rozcięciu wzdłuż krawędzi
i usunięciu ściany
Wówczas trójkąt
jest równoboczny.
w którym
Punkt
jest środkiem boku
Na odcinkach
i
wybrano odpowiednio takie punkty
i
że
Wykazać, że 
będzie symetryczny do
względem
Wówczas trójkąt
jest równoboczny.
mamy
Punkty
i
leżą na bokach odpowiednio
i
przy czym proste
i
są dwusiecznymi kątów trójkąta
Udowodnić, że 
na zewnątrz trójkąta
Wtedy
Korzystając z twierdzenia o dwusiecznej oraz podobieństwa trójkątów
i
wykażemy, że
jest dwusieczną kąta
Analogicznie
jest dwusieczną kąta 
w którym
jest podstawą ostrosłupa
Ponadto zachodzą równości
oraz
Udowodnić, że 
by czworokąt
był prostokątem. Wtedy trójkąt
jest równoboczny. Z nierówności kąta trójściennego mamy 
wybrano taki punkt
dla którego wartość wyrażenia
jest najmniejsza (punkt Fermata-Torricellego). Wykazać, że 
o
wokół punktu
w kierunku zgodnym z orientacją trójkąta
Otrzymamy trójkąt
przystający do
Trójkąt
jest równoboczny, więc
jest równe długości łamanej
która jest najkrótsza, gdy jej wierzchołki są współliniowe.
Każdy bok i każdą przekątną
-kąta foremnego pomalowano przy użyciu jednego z
kolorów w taki sposób, że dla każdej trójki kolorów istnieje trójkąt o bokach w tych właśnie kolorach wyznaczony przez trzy spośród wierzchołków danego
-kąta. Wykazać, że
jest liczbą nieparzystą.
-kąta czadowym i zauważmy, że liczba czadowych trójkątów jest równa liczbie trójek kolorów. To oznacza, że jeśli warunki zadania są spełnione, to każda trójka kolorów pojawia się jako zbiór kolorów boków czadowego trójkąta dokładnie raz. W szczególności żaden czadowy trójkąt nie może mieć dwóch boków tego samego koloru.
Z jednej strony liczba czadowych trójkątów o czerwonym boku jest równa
gdyż każdy czerwony odcinek jest bokiem dokładnie
czadowych trójkątów. Z drugiej strony liczba ta jest równa liczbie sposobów doboru dwóch innych spośród
dostępnych kolorów do czerwonego, czyli
Stąd
jest liczbą całkowitą, to
jest liczbą nieparzystą.