Feladat: 778. matematika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Argay Gy. ,  Bácsy E. ,  Bergmann György ,  Bódog I. ,  Borsi L. ,  Brickner L. ,  Csapódy M. ,  Frivaldszky S. ,  Gáti Gy. ,  Gergely E. ,  Gyene A. ,  Győry K. ,  Heinemann Z. ,  Kengyel Vilma ,  Kolonits F. ,  Kozma T. ,  Meskó A. ,  Papp Z. ,  Rockenbauer A. ,  Sárközy A. ,  Schipp F. ,  Simon L. ,  Solt Gy. ,  Soós T. ,  Stahl J. ,  Szatmáry Z. ,  Szebeni A. ,  Tatai P. ,  Vámos A. ,  Várallyay L. ,  Veszely Gy. ,  Wollner R. 
Füzet: 1957/február, 48 - 49. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Csonkagúlák, Térgeometriai bizonyítások, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1956/október: 778. matematika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Először szükséges feltételt adunk arra, hogy a háromoldalú csonkagúla köré gömböt írhassunk.
Ha a csonkagúla köré gömb írható, akkor a csonkagúla trapéz oldallapjai egy‐egy kört vágnak ki a gömbből. A körbe írható trapéz azonban ‐ mint ismeretes ‐ egyenlő szárú. A gúla egyik oldaltrapézének szára tehát egyenlő a másikkal, de a szomszédos trapéz lap szintén egyenlő szárú, és így a harmadik oldalél is ugyanolyan hosszú, mint a másik kettő.
Annak szükséges feltétele tehát, hogy a csonkagúla köré gömböt írhassunk, az, hogy a csonkagúla oldalélei egyenlők legyenek.
Megmutatjuk, hogy e feltétel elégséges is. Ha ugyanis a csonkagúla egyenlő oldalélű, akkor a teljes gúla is az, amelyből a csonkagúla származtatható, mert az oldaltrapézek alapján levő szögek egyenlőek. A csonkagúla köré rajzolható gömb középpontja egyenlő távol van a csonkagúla mind a hat csúcsától, s így szükségképpen rajta van a két alapháromszög köré írható körök középpontjában az alapháromszögek síkjaira emelt merőlegeseken, amelyek egybeesnek, mert átmennek a teljes gúla csúcspontján, és mert az alapháromszögek síkjai párhuzamosak. (Ez a két egybeeső merőleges tulajdonképpen a teljes gúla magasságvonala.) Ha az alaplapok A1B1C1, A2B2C2, és e két háromszög köré írt körök középpontjai O1, illetőleg O2, akkor az O1O2A2A1, O1O2B2B1 és O1O2C2C1 derékszögű trapézek mind egybevágóak. Ha tehát az O1O2 egyenesen megszerkesztjük azt az O pontot, amely A1 és A2-tól egyenlő távolságnyira van, akkor ez az O pont egyszersmind B1, B2, C1 és C2-től is ugyanakkora távol van, és így ez az O pont a tetraéder köré írt gömb középpontja.

 

Bergmann György (Bp. XIV., Magyar‐orosz g. IV. o. t.)

 

Megjegyzések: 1. Könnyen belátható, hogy az oldalélek egyenlősége egyenértékű azzal, hogy a) az oldaléleknek az alaphoz való hajlásszögei egyenlők, b) a teljes gúla magassága az alapháromszög köré írt kör középpontjában metszi az alaplapot. (Vagyis más szóval: a gúla ún. ,,egyenes'' gúla.) Mindezek a tulajdonságok megadhatók szükséges és elégséges feltétel gyanánt.
2. Ha a gúla n-oldalú, akkor a szükséges és elégséges feltétel változatlan. (Nem kell külön kikötni, hogy az alap n-szögek körbeírhatók, mert ez már következik abból, hogy a teljes gúla oldalélei egyenlő szöget zárnak be az alaplappal.)