|
Feladat: |
957. matematika feladat |
Korcsoport: 16-17 |
Nehézségi fok: nehéz |
Megoldó(k): |
Arató Péter , Bollobás Béla , Czékus Laborc , Czinege I. , Dániel G. , Fejes L. , Grallert F. , Hadik Z. , Hajna J. , Halász G. , Jahn A. , Kisvölcsey J. , Klimó J. , Kolonits F. , Máté A. , Máté Zs. , Mezei F. , Molnár E. , Muszély Gy. , Náray M. , Parti Enikő , Pósch Margit , S. Nagy Erzsébet , Sellei Á. , Szücs J. , Tatai P. , Tusnády G. , Várady G. |
Füzet: |
1959/december,
180 - 184. oldal |
PDF | MathML |
Témakör(ök): |
Háromszögek hasonlósága, Tengelyes tükrözés, Pont körüli forgatás, Feladat |
Hivatkozás(ok): | Feladatok: 1959/február: 957. matematika feladat |
|
A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. I. megoldás (csak a szerkesztés) Feladatunknak az 1958. évi Arany Dániel verseny haladó csoport II. fordulóján kitűzött 3. feladat speciális esete, ott . Másrészt esetén az háromszöghöz megszerkesztett , , , pontokkal az hatszögre teljesülnek az 1956. évi Arany Dániel verseny haladó csoport II. fordulója 3. feladatának feltételei (2 ‐ 2 szomszédos oldal egyenlő, az egyenlő szomszédos oldalak közti szögek -osak), így az ott bebizonyított tétel szerint az háromszög szabályos; ezért adott , , -ből vagy egyáltalán nem szerkeszthető , vagy számtalan sok szerkeszthető. A esetet ezért kizárjuk. Az 1958. évi versenyfeladatra közölt II. megoldás gondolatmenetét átvéve megoldást kapunk, ha az ottani forgatások szögét, ill. a tükörtengelyek közti szöget az alábbiak szerint módosítjuk.
A csúcsnak , majd végül (-t -ba, majd -be, végül -be vivő) forgatásai szöggel végzendők az háromszög körüljárásával ellentétes irányban (mert ott az 1. (és 5.) ábrán és körüljárása pozitív, , , ,-é viszont negatív); minden további forgás is így értendő. Ezért az 5. ábra -et -be, -et -be és -et -be vivő forgásainak szöge , a -et -be és -et -be vivő, körüli forgások szöge , végül a -et -be vivő forgási . Az körüli forgással ismét csak , kerül eredeti helyére (ott marad), tehát . Mivel , azért mindig létezik; ugyanígy is, hacsaknem és párhuzamosak vagy egybeesők. Ez csak akkor állhatna be, ha és kiegészítő szögek (a kizárt esete), ill. mellett, amikor a föléirt háromszögek értelmüket vesztik. Így megszerkesztése mindig egyértelműen elvégezhető, tehát ha van, akkor egy megoldás van.
Czékus Laborc (Budapest, Toldy F. g. III. o. t.) | Megjegyzések. 1. a szakasz felező merőlegese, mert az idézett megoldás szerint és az és pontok mindegyike körüli forgással egymásba vihetők át, tehát egyenlő távolságra vannak -től és -től. Így a háromszög tengelye, megszerkeszthetők a hozzá szöggel hajló és száregyenesek, és közülük az veendő -nek, amelyet a körüljárásával egyező irányú, szögű forgás visz át a másikba. Így kaphatjuk , , , -t is, és a megfelelő metszéspontok adják csúcsait. 2. Megkaphatjuk -t hasonlósági transzformációval is abból, hogy iránya merőleges -re, és ugyanígy , irányát megszerkesztve akárhány a -hoz hasonló helyzetű háromszöget kaphatunk. Egy ilyenhez megszerkesztve a megfelelő , , csúcsokat, a nyert háromszög nyilván ugyancsak hasonló helyzetű -hez. és -nek hasonlósági pontjából mint középpontból megfelelő nyújtásával kapjuk -t. 3. A szerkesztés a fentiek szerint akkor is elvégezhető, ha a kívánt egyenlő szárú háromszögek alapján fekvő , , szögeknek egymástól különbözőknek kell lenniük.
Bollobás Béla (Budapest, Apáczai Csere J. gyak. g. II. o. t.) | II. megoldás: Szerkesszük meg a pozitív körüljárású háromszöghöz a , , pontokat (a háromszöget) és forgassuk el egyrészt a , háromszöget körül, másrészt az háromszöget körül úgy, hogy , ill. csúcsuk -be jusson.
A forgások szöge , az oldalak fölé írt háromszögek új csúcsánál fekvő szög. Legyen új helyzete , ill. . Ekkor a háromszög egyenlő szárú, mert . Meghatározzuk a alapján fekvő szögeket és azt, hogy a egyenes melyik partján fekszik. Első forgatásunk pozitív, a második negatív irányú, mert az hatszög és vele is pozitív körüljárású (húzzunk vezérsugarat bármely belső pontjából , ill. a hatszög kerületét bejáró ponthoz). Így a félegyenest körül -be átvivő pozitív forgás szöge: . Így nagyobb -nál, ezért szárai rövidebb forgással is átvihetők egymásba; a következőkben megmutatjuk szerkesztését különböző értékei mellett. Ha , akkor , így -t -be , szögű pozitív forgás viszi át, ezért csúcsainak , , sorrendje ad pozitív körüljárást, benne . Így szerkesztése: -nek körüli és körüli szögű forgatásával előáll és , ezek felező merőlegeséből -t az a száregyenes metszi ki, amely a félegyenesből szögü forgással áll elő. -t és -t hasonlóan kaphatjuk, de pl. -t megadja a -ből és -ből ‐() forgatással előálló félegyenesek metszéspontja is. ( mellett , így ; ez is felhívná a figyelmet ennek az esetnek külön vizsgálatára.) mellett , így -et körül -be átviszi a szögű forgás, -nek a körüljárása pozitív, az alapon fekvő szögek nagysága ). mellett (a versenyfeladat esete) és , így egyenes szakasszá fajul, felezőpontja -nek. mellett , átjut -be a forgással is, körüljárása ismét a , , sorrendben pozitív, az alapon nagyságú szögek vannak. A fentiek alapján minden figyelembe veendő értéke mellett megszerkeszthetjük -t. A speciális esetben , ez a különleges érték módot nyújt egyszerűsítésre, pl. mellőzhető.
Így ugyanis és a -hoz képest , ill. -kal vannak elfordulva, tehát párhuzamosak. Ezért a négyszög paralelogramma, ismert átlójának felezőpontja megadja az ismeretlen átló (azaz oldal) felezőpontját. Sőt -t is mellőzhetjük, mert ez esetben egyenlő szárú derékszögű háromszög (átfogója , ezért ugyanez áll -re is (átfogója ), tehát -t az adott oldal fölé befelé írt egyenlő szárú derékszögű háromszög harmadik csúcsaként egyszerűbben kapjuk. Ugyanígy szerkesztjük és -nek , felezőpontját, ezekből pedig -t. (A háromszögek befelé szerkesztendők, ugyanis a ,-et -be vivő forgás pozitív, mert fele a -t előállító forgásnak, és arról láttuk, hogy pozitív ‐ akárcsak a -ből -be vivő forgás.) A fentiek szerint az háromszög középháromszöge -nak, tehát hasonló helyzetűek, akárcsak a esetben (csak a nagyítási arány más). Itt is van olyan felvétel (pl. ha szögei: , , , amelyben , , a kész -hoz képest nem a kifelé, hanem a befelé írt megfelelő háromszögek csúcsainak bizonyulnak, és ilyenkor is és a -gyel ellentétes körüljárásúak. Ebből az idézett cikk gondolatmenetét mindenben követve annak feltételéül, hogy a -gyel azonos körüljárásúnak adódjék, ezt kapjuk: | | (a mintabeli számok helyén mindenütt 1 áll). Ezt az említett példa , , nem teljesíti: nem nagyobb, mint 2.
Arató Péter (Kaposvár, Táncsics M. g. IV. o. t.) | Megjegyzés. esetén csúcsait forgatások nélkül úgy is megkapjuk, ha mindegyik magasságára a csúcstól a szemben fekvő oldal felé felmérjük a szemben fekvő oldalt, pl. -ből a felé, rá merőlegesen felmért szakasz végpontja .
Valóban, így pl. az és háromszögek egybevágók, hiszen , és , mert merőleges szárú hegyes szögek (a magasságszakasz a megfelelő oldalszakaszokkal hegyes szöget zár be). A két oldalpár merőlegessége folytán a és harmadik oldalak is merőlegesek, másrészt az egybevágóság folytán egyenlők, így valóban a átfogó fölé valamelyik oldalra szerkesztett egyenlő szárú derékszögű háromszög harmadik csúcsa.
Bollobás Béla (Budapest, Apáczai Csere J. gyak. g. II. o. t.) | III. megoldás: Forgassuk el a háromszöget körül szöggel, amennyi a háromszög -nél fekvő külső szöge; így az oldal új helyzete párhuzamos és egyirányú -vel. Ezért paralelogramma, tehát az ismert átló felezőpontja a átlót is felezi.
Hasonlóan kapjuk a háromszögnek körül. szöggel -ba való elforgatása és az paralelogramma révén -nak felezőpontját. párhuzamos -gal, mert a háromszög középvonala, tehát -val is, mert az négyszög egy a középpontú, sugarú körbe írt szimmetrikus trapéz. Eszerint megadja irányát. Hasonlóan kapjuk , irányát is, és belőlük az 1. megoldás 2. megjegyzésében leírt módon a keresett -t. esetén ez a szerkesztés is egyszerűsödik: és -ra, és tovább , -re vezet; a II. megoldás szerkesztésével való azonosságot az magyarázza, hogy itt . (L. P.) Megjegyzések. 1. Láttuk, hogy oldalai fölé befelé és alapszögű egyenlő szárú háromszögeket szerkesztve a harmadik csúcsok által alkotott háromszög hasonló helyzetű az eredeti -hoz, és így vele azonos körüljárású. Megmutatjuk, hogy ez a tény bármely hegyes szög esetén fennáll. Ehhez elég belátnunk és , egy tetszés szerinti megfelelő oldalpárjának párhuzamosságát. ‐ Valóban, a egyenlő szárú háromszög alapjának felezőpontja, a -nél levő szög , ezért , tehát a egyenesen fekszik, továbbá a háromszög szárához tartozó magasság talppontja. (Így lesz befelé írt háromszög, mert , és ugyanazon oldalán van -nek, mint .) Ugyanígy a egyenesen van és az , háromszög oldalához tartozó magasság talppontja. Mivel pedig a és háromszögek hasonlók, azért , ennélfogva párhuzamos -vel és a fentebbiek szerint -vel, amit bizonyítani akartunk. ezen tulajdonsága alapján tetszőleges -re elvégezhetjük az idézett cikknek megfelelő diszkussziót, alább ezt vázoljuk. helyett -vel a feladat követelményét kielégítő háromszög létezésének feltétele: | | (1) | Ezen egyenlőtlenség fennállásának szükséges feltétele, hogy szögei a egyenlet gyökei által meghatározott ,,középső'' intervallumba essenek. Innen (egyszersmind -vel is kifejezve
-hoz ,,közel járó'' -vel ,,közel jár'' -hoz, mert , pedig -hoz, mert ; és hasonlóan -ot megközelítő -vel és , vagyis a ,,középső'' intervallum a szögeire majdnem minden értéket megenged. Ha viszont a diszkrimináns: , azaz , , akkor az intervallum egyetlen pontra zsugorodik össze: , , ennél ‐ mint tudjuk ‐ szögei sem kisebbek, sem nagyobbak nem lehetnek. Mennél távolabb van a ,,kritikus'' értéktől (akár felette, akár alatta), annál tágabb határok között változtatható az adott alakja. -ra a határok -ből és -ból, . Végül -val legkisebb szögét jelölve (1) fennállásinak elégséges feltételeként (a cikk jelöléseivel) az | | egyenlőtlenségre jutunk. A bal oldal 0-helyei: és . Ezekből esetén , minden más esetben és egyike kisebb -nál: Ha (vagyis mindegyik szöge) nagyobb ennél, akkor megszerkeszthető. 2. A azonosság alapján látjuk, hogy a közbülső intervallum egyik határa . Hasonlóan jelöléssel -ből annak a szögnek a pótszöge, amelynek tangense 3-szorosa tangensének. A szükséges feltételt adó ezen eredményekhez az 575. gyakorlat általánosításában egyszerűbben jutottunk el; ott azonban kizárólag egyenlő szárú háromszögekről és elfajult -ről volt szó. Innen viszont (ti. az idézett cikk vizsgálataiból) a kérdésünkre megoldást adó bármely -ről többet tudtunk meg.
Lásd a megoldást KML. XVII. kötet 76‐79. o. és Lőrincz Pál hozzáfűzött megjegyzéseit 128‐134. o. (1958. november, ill. december)Lásd a megoldást KML. XIII. kötet 78. o. 1956. november.A versenyfeladat 1. ábráján , , megfelel , -nek, mert pl. a körüli -os forgással ugyanoda jut, mint , a körüli -os forgással.Lásd ezen számban, 176. o. |
|