Feladat: 992. matematika gyakorlat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1966/április, 166 - 168. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Alakzatba írt kör, Másodfokú (és arra visszavezethető) egyenlőtlenségek, Síkgeometriai számítások trigonometria nélkül négyszögekben, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1965/május: 992. matematika gyakorlat

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

I. Legyenek az eredeti T-lemez oldalai a és b, ahol ab. Ekkor a belőle egy darabban kivágható legnagyobb körlemez átmérője nyilvánvalóan a. Ilyenből 2 db is kivágható, ha b2a (1. a ábra), különben azonban nem.
Az ab<2a esetben az 1. b ábra szerinti elhelyezésben kapjuk a legnagyobb körlemez-párt. Ugyanis az 1. c ábra szerinti elrendezésben (ahol 2r'=b/2<a) k2 áttolható a k'2 helyzetbe, ekkor k'2 nem érinti k1-et, így a sugarak még növelhetők.

 
 
1. ábra
 

Az 1. b ábrán a két középpont 2r távolsága annak a téglalapnak az átlója, melynek oldalai T oldalaitól r távolságban haladnak, T-n belül. Ennek oldalai a-2r(>0) és b-2r, ennélfogva
(a-2r)2+(b-2r)2=(2r)2,4r2-4(a+b)r+(a2+b2)=0,(1)


és így a legnagyobb körlemez-pár átmérője
2r=a+b-2ab.
A négyzetgyököt + jellel véve 2r>a, ami nem felel meg, egyébként a gyökök nyilvánvalóan valósak.
 
 
2. ábra
 

II. Hasonlóan adódik, hogy b3a esetén lehet T-ből kivágni 3 db a átmérőjű körlemezt, valamint hogy b<3a esetén a 2. b ábra szerinti elrendezésben nagyobb átmérőjű körlemezek várhatók, mint b/3<a. Mondhatjuk, hogy a 2. b ábrán két egyenlő sugarú kör van kivágva a b'=r+b/2 alapú, a magasságú téglalapból, így az r-et megadó egyenlet (1)-ből adódik, b helyére b'-t írva:

r2-(4a+b)r+(a2+b2/4)=0,r=2a+b/2-3a2+2ab.(2)


A négyzetgyökjel előtt + jelet véve a másik gyök r>2a, pozitív, ezért a felírt r is pozitív, hiszen szorzatuk, az egyenlet r-et nem tartalmazó tagja, pozitív. Egyébként a gyökök nyilvánvalóan valósak.
Állandó a és egyre rövidülő b esetén az alapon levő két kör mindaddig nem nyúlik egymásba, amíg b-4r0. Ennek feltétele (2) alapján
43a2+2ab8a+b,48a2+32ab64a2+16ab+b2,(ba)2-16(ba)+160,8-43ba8+43,


ill. a korábbi b/a<3 korlátozást is figyelembe véve
(1,072)8-43b/a<3.

A hátra levő 1b/a<8-43(1,072) esetben mindhárom kör páronként érinti egymást, viszont a k3 kör már csak az a hosszúságú oldalt érinti. A 2. c ábra jelöléseivel
r+EF+GO2+r=a,r+O1D+r=b,
és felhasználva az O2FG, O1O3D és O1FE háromszögek hasonlóságát, az átfogók O2F:O1O3:O1F=3:2:1 arányát:
2r+x+3r2-x2=a,(3)2r+2r2-x2=b.(4)


A négyzetgyököt (4)-ből kifejezve és (3)-ba helyettesítve
x=a-2r-3(b2-r)=a-32b-(2-3)r,
majd ezt a (4)-ből rendezéssel és négyzetre emeléssel adódó egyenletbe beírva újabb rendezés után
r2-x2=r2-(a-32b)2+(2a-3b)(2-3)r-(2-3)2r2==(b2-r)2=b24-br+r2,(2-3)2r2-2(2-3)(a+b)r+(a2-3ab+b2)=0.


A diszkrimináns, végül a körök sugara
4(2-3)2(a+b)2-4(2-3)2(a2-3ab+b2)=4(2-3)3ab,r=(2+3)(a+b-(2+3)ab).



Speciálisan, a=b esetén, figyelembe véve, hogy
2+3=(3+1)2/2,2r=(2+3)(4-6-2)a0,509a.