Feladat: F.2721 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Antos András ,  Bakos Tibor 
Füzet: 1989/november, 372 - 374. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Ponthalmazok, Egyenlő szárú háromszögek geometriája, Indirekt bizonyítási mód, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1988/december: F.2721

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

A feladat állítását indirekt módon bizonyítjuk. Tegyük fel, hogy a hét pont közül bármelyik három egyenlő szárú háromszöget alkot. Legyen közülük kettő A és B. A további öt pont mindegyike nem lehet AB felezőmerőlegesén, mert akkor ezek közül három nem alkotna (egyenlő szárú) háromszöget. Ezért van olyan C pont, amely A-val és B-vel úgy alkot egyenlő szárú háromszöget, hogy p1. AB=AC. Tekintsünk egy ilyen ABC háromszöget, és vizsgáljuk meg, hol helyezkedhet el a további négy pont. Ha egy további X pont helyzetét az A és B pontokhoz viszonyítva nézzük, megállapíthatjuk, hogy X rajta van az A középpontú, AB sugarú, vagy a B középpontú AB sugarú körön, vagy AB felezőmerőlegesén, hiszen az ABX háromszög egyenlő szárú. Jelöljük e két kör és a felezőmerőleges pontjainak a halmazát H(A;B)-vel. Hasonlóan értelmezzük a H(A;C) és a H(B;C) halmazokat. Feltevésünk szerint a további négy pont mindegyike az A,B,C pontok közül bármelyik kettővel egyenlő szárú háromszöget alkot. Ezért mind a négy pont eleme lesz a H(A;B), H(A;C) és H(B;C) halmazok közös részének.
 
 
1. ábra
 

Az ábrán megrajzoltuk a szóban forgó halmazokat, és a D, E, F, G, H, I pontokból álló metszetüket. Mivel ezek közül E, G, H, I és A egy egyenesen van, akárhogyan választunk ki A, B, C mellé további négy pontot a lehetségesek közül, a kapott hét pont között mindig lesz legalább három, amely egy egyenesre esik, és ezért nem alkot (egyenlő szárú) háromszöget. Ez ellentmond indirekt feltevésünknek. Így a feladat állítása igaz.
 

Antos András (Budapest, Árpád Gimn., III. o. t.)
 dolgozata alapján
 

Megjegyzések. 1. A fenti módszerrel ‐ igaz, némi többletmunka árán ‐ beláthatjuk, hogy ha a sík hat pontja közül bármelyik három egyenlő szárú háromszöget határoz meg, akkor ezek egy szabályos ötszög csúcsai és középpontja.
2. Ennek az állításnak a közölt módszertől eltérő bizonyítása megtalálható Skljarszkij‐Csencov‐Jaglom: Válogatott feladatok és tételek az elemi matematika köréből (Geometria I.) c. könyvének 90 ‐ 94. oldalán
3. Erdős professzor úr a feladatot az American Math. Monthly c. folyóiratban közölte évekkel ezelőtt.
4. A térben viszont kijelölhető 7 olyan pont, amely kielégíti a feltételeket. A teljesség igénye nélkül mutatunk példákat.
a) Egy háromoldalú, egyenlő élű hasáb 6 csúcsa és a köréje írt gömb középpontja (2. ábra).
 
 
2. ábra
 

b) Egy szabályos síkötszög csúcsai, hozzájuk véve az O középpontjában az S síkjára állított t tengelyének két, az S-re tükrös pontját (ötoldalú szabályos bipiramis) (3. ábra).
 
 
3. ábra
 

c) Az előbbi ötszöghöz t egy G pontját vesszük hozzá (lehet maga O is) továbbá az ötszög csúcsain átmenő, G körüli gömbnek t-vel való metszéspontjai közül az egyiket (4. ábra).
 
 
4. ábra
 

Továbbiakat úgy lehetne keresni, hogy a fenti körök helyett gömböket veszünk és felező merőleges síkokat.
A fenti együttesekből egy pontot (pl. ötszögcsúcsot) elhagyva 6 pontos együtteseket kapunk. Elmondunk egy olyat is, amely nem kapható meg elhagyással vagy ötszög helyett négyzetet véve.
Egy 60-os szögű ABCD rombusz és a rövidebb CD átlójának végpontjaiban a síkjára emelt merőlegeseknek azok az E, F pontjai, amelyekre CE=DF=CD (vagyis CDFE négyzet).
A példákat a Gy. 596. megoldói gyűjtötték, a megoldás és megjegyzései 1960.okt.‐nov. számainkban jelentek meg.