Feladat: F.2625 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Beke T. ,  Benczúr A. ,  Bereczky Á. ,  Cynolter G. ,  Eckert B. ,  Hajdú G. ,  Kovács 969 T. ,  Leier Z. ,  Lozsi I. ,  Majoros L. ,  Rimányi R. ,  Szalay Gy. ,  Tasi Andrea ,  Tasnádi T. ,  Wiandt T. 
Füzet: 1987/október, 302 - 303. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Síkgeometriai bizonyítások, Terület, felszín, Egyéb sokszögek geometriája, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1987/február: F.2625

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

Tegyük fel, hogy az e1, e2, ..., em egyenesek mindegyike keresztülmegy P -n és felezi az S területét. Tegyük fel azt is, hogy e1-et P körül pozitív irányba forgatva először e2 -t, azután e3-at stb., végül em-et kapjuk. Minthogy S konvex, P pedig belső pont, S kerületét minden ei egyenes pontosan kétszer metszi, az m darab egyenes tehát S -et 2m darab konvex sokszögre bontja. Legyenek ezek ‐ pozitív körüljárás szerint ‐ rendre T1, T2, ..., Tm, U1, U2, ..., Um. A Ti és az Ui éppen "szemben'' vannak egymással, s mindkettőt ei és ei+1 határolja. Ti és Ui területe nyilván egyenlő, hiszen ei és ei+1 is felezi S területét. Tükrözzük Ti-t P-re, a kapott sokszög legyen T'i. T'i-t és Ui-t most ei-nek és ei+1-nek azonos, P-ből induló félegyenesei határolják (vagyis azonos, ei, ei+1 által határolt szögtartományba esnek). T'i és Ui területe egyenlő, T'i tehát nem eshet teljes egészében Ui belsejébe, de nem is foglalhatja egészen magában Ui-t. T'i-nek és Ui-nek van tehát közös pontja S kerületén. Ugyanez igaz Ti és U'i-re, ahol U'i az Ui-nek P-re vonatkozó tükörképe.

 
 

Ha most S-et tükrözzük P-re, akkor a kapott S' tükörkép a T1, T2, ..., Tm, U1, U2, ..., Um sokszögek mindegyikét metszeni fogja S kerületének egy-egy (semelyik ei-hez nem tartozó) pontjában. S-et S' tehát legalább 2m különböző pontban metszi. S-nek és S'-nek nincs közös oldalegyenese, különben S-nek volnának párhuzamos oldalai. Így S' minden oldalegyenese legfeljebb két pontban metszi S-et. mert S konvex. S'-nek n oldalegyenese van, tehát S és S' metszéspontjainak a száma legföljebb 2n. A metszéspontok számát k-val jelölve azt kapjuk tehát, hogy 2mk2n, ahonnan mn következik.
Ezzel beláttuk, hogy a P -n átmenő területfelező egyenesek száma valóban legföljebb n. Ez a szám el is érhető, mint azt a páratlan oldalú szabályos sokszögek mutatják (P a középpont).
Ha egy téglalap két szemközti oldalához két egyenlő területű sokszöget illesztünk úgy, hogy a kapott sokszög konvex maradjon, akkor az így kapott sokszögnek végtelen sok, a téglalap középpontján áthaladó területfelező egyenese van. Ez mutatja, hogy nem hagyható el a feladatnak az a kikötése, hogy S -nek ne legyenek párhuzamos oldalai.
Ha S nem konvex, akkor pedig már az is nehezen megválaszolható kérdés, hogy mikor nevezzünk egy egyenest területfelezőnek.