Feladat: 1320. matematika gyakorlat Korcsoport: 14-15 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1971/november, 136 - 137. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Kombinatorikus geometria síkban, Kombinatorikai leszámolási problémák, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1970/szeptember: 1320. matematika gyakorlat

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

I. megoldás. Az ábra minden olyan pontján, amelyben két félegyenes (vagy része) metszi egymást, átmegy egy harmadik is, kivéve a felső csúcsot. A megrajzolt egyenesek három irány valamelyikével párhuzamosak, és minden szög 60, vagy ennek többszöröse. Így alakra nézve csak szabályos háromszögek láthatók az ábrán, és ezek csak nagyságban és állásban különböznek egymástól. Állónak mondjuk az olyan háromszögeket, amelyeknek a ,,vízszintes'' oldalukkal szemben fekvő csúcsuk ‐ a szokásos értelemben ‐ ,,följebb'' van, az ellentétes esetben ,,függő'' háromszögről beszélünk.
A háromszögek számát nagyságuk és állásuk szerint csoportosítva állapítjuk meg, a részeredményeket egy táblázat soraiba írjuk be, végül összegezzük. A táblázat 1.,2.,...8. sorában az ugyanannyiadik vízszintes alatti rész letakarása után is látható háromszögek számai olvashatók a további részletezés szerint. Hosszúságegységnek a legkisebb háromszög oldalát vesszük.
Az álló háromszögek közül a v-edik (azaz v egységnyi hosszú) vízszintes vonalra (v=1,2...8) v db 1 egységnyi oldalú háromszög támaszkodik, a 2 egységnyi oldalúakból v-1, és így tovább, végül 1 db v egységnyi oldalú, és v-nél nagyobb oldalú háromszög nem támaszkodhat rá. Így a v-edik vízszintesig az 1 egységnyi oldalú háromszögek száma 1+2+3+...+(v-1)+v, ezeket az összegeket képeztük sorra egymásból a táblázat második oszlopában (elsőnek azt az oszlopot véve, amelyik v egymás utáni értékeit tünteti fel).
Ugyanezek a számok sorakoznak a 3. oszlopban, de csak a 2. sortól kezdve, és így tovább a 9. oszlopig, a 10. oszlopba pedig a sorok eddigi számainak összegét írtuk be, az illető vízszintesig látható álló, háromszögek együttes számát.
Lényegében ugyanígy adódnak a táblázatnak a függő háromszögeket számba vevő oszlopai, itt is oldalhosszuk szerinti felbontásban, csak azt kell figyelembe vennünk, hogy c egységnyi oldalú függő háromszöget legkorábban akkor láthatunk, amikor láthatóvá tesszük a 2c hosszúságú vízszintes vonalat is ‐ éspedig ekkor 1 darabot ‐, ti. ilyennek alapja legkorábban a c-edik vízszintesre támaszkodhat, és így lefüggő csúcsa a 2c-edik vízszintesbe jut. Így c legnagyobb értéke feladatunkban 4. Ennek alapján írtuk be az 1-es darabszámot a 11‐14. oszlopokban a 2., a 4., a 6., ill. a 8. sorba, alájuk pedig ismét egymás után az 1+2=3, 1+2+3=6,... számokat. A különböző nagyságú függő háromszögek együttes számát soronként a 15. oszlop, a kétféle állású háromszögek együttes számát pedig a 16. oszlop tartalmazza, az utóbbiak adják meg a választ feladatunk kérdésére.

 


Álló háromszögekLefüggő háromszögekvszámaszámaMind-ér-12345678|n1nn2nn3nn4nössze-együttegyütttékesenegységnyi oldallalegységnyi oldallal111123141153631103313410631206172751510631351031348621151063156156122787282115106318421103341188362821151063112028156150170  oszlop1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.sorszáma
 

Megjegyzés. Számos versenyző n sávból álló ábra esetére is megadta a választ. Számításaikat itt nem ismertetjük, egyrészt mert messze túlmegy az itteni feladaton, másrészt mert ez lett az 1739. feladat (lásd. 120. oldal).
 

II. megoldás. Az ábra alsó részét fedő lapot fokozatosan mozgatjuk lefelé, és lépésenként először a frissen láthatóvá váló háromszögeket számoljuk össze.
1. Az első lépésben 1 háromszög látható.
2. A második lépésben láthatóvá válik egy nagy háromszög, melynek az oldala 2 egység, továbbá 2 db 1 egységnyi oldalú háromszög, melyek az 1. és 2. vízszintes egyenes között állnak, végül 1, az eddigiekhez viszonyítva fordított állású háromszög, mely az 1. vízszintes egyenesről lóg lefelé.
3. A harmadik lépésben az egyenes állású háromszögek közül láthatóvá válik oldalaik szerint csökkenő sorrendben: 1 db 3 egységnyi, 2 db 2 egységnyi, 3 db 1 egységnyi oldalú háromszög; és a fordított állásúak közül 2 db 1 egységnyi oldalú háromszög. Tovább hasonlóan folytatjuk számolásunkat.
4. Az új egyenes állású háromszögek száma rendre 1, 2, 3, 4; a fordítottaké 1 db 2 egységnyi és 3 db 1 egységnyi.
5. Egyenes állásúak: 1, 2, 3, 4, 5 db; fordítottak: 2, 4 db.
6. Egyenes állásúak: 1, 2, 3, 4, 5, 6 db; fordítottak: 1, 3, 5 db.
7. Egyenes állásúak: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 db; fordítottak: 2, 4, 6 db.
8. Egyenes állásúak: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 db; fordítottak: 1, 3, 5, 7 db.
Eredményeinket ismét táblázatban összegezzük.
 


  A vízszintes egyenes sorszáma:    1  2  345678  Az egyenes állású új háromszögek száma:    13610152128  36  A fordított állású új háromszögek száma:    0124691216  Az új háromszögek együttes száma:    1  4  8  14  21  30  4052  A látható háromszögek száma összesen:  1  5  13  27  48  78118  170