Feladat: 1503. matematika gyakorlat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: -
Füzet: 1974/november, 138 - 139. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Valós számok és tulajdonságaik, Kocka, Kombinatorikus geometria térben, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1973/december: 1503. matematika gyakorlat

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

Jelöljük a kocka lapjain keletkező összegek értékét S-sel, és képzeletben duplázzuk meg az élekre írt számokat: az élekhez csatlakozó mindkét lapra írjuk fel az élekhez rendelt számok egy-egy példányát. Válasszuk ki a kocka valamelyik párhuzamos él-négyesét, és tartsuk úgy a kockát, hogy a választott élek függőlegesek legyenek. Szorozzuk meg a két vízszintes lapon levő számokat (-1)-gyel, s ezután adjuk össze a kockán levő 212 számot. Az összegezést kétféle sorrendben végezhetjük el: ha először a lapokon összegezzük a számokat, a vízszintes lapokon (-S)-et, a függőlegeseken (+S)-et kapunk, a teljes összeg tehát 4S-2S=2S. Ha viszont először az élek mentén adjuk össze a számokat, a vízszintes élekhez írt számok,,kiesnek'', hiszen a hozzájuk csatlakozó vízszintes és függőleges lapokon álló számok egymás (-1)-szeresei. A függőleges élek mentén minden számot kétszer kell vennünk, tehát a teljes összeg a függőleges élekhez rendelt négy szám F összegének a kétszerese. Ezzel beláttuk, hogy 2S=2F, azaz F=S, amint ezt bizonyítanunk kellett.

 

 

Hasonlóan láthatjuk be a feladat második állítását is. Térjünk vissza az eredeti számokhoz, majd szorozzuk meg a kocka választott csúcsához csatlakozó lapokon levő számokat (-1)-gyel. A teljes összeg most először a lapokon összegezve 3S-3S=0-nak adódik. Az éleken összegezve a választott csúcshoz csatlakozó éleken a számok (-2)-szeresét, a szemközti csúcshoz csatlakozó éleken a számok 2-szeresét kapjuk, a többi él mentén pedig minden számot egyszer (+1)-gyel, egyszer (-1)-gyel szorozva kell az összegbe belevennünk, ezek a számok tehát kiesnek. A teljes összeg fele tehát a két szemközti csúcshoz tartozó összegek különbsége. Mivel a teljes összeg 0, ezek az összegek egyenlőek, ezzel a második állítást is bebizonyítottuk.
 

Megjegyzés. Nem vizsgáltuk, vajon lehetséges-e a számoknak a fenti módon való felírása, pedig az ilyen ‐ ún. egzisztencia- (létezési) kérdést tulajdonképpen minden olyan esetben föl kell vetni, ami a megszokottól többé-kevésbé eltér.
Gyorsan megnyugtathatjuk magunkat: lehetséges a felírás mindjárt úgy, hogy mindegyik élre ugyanazt a számot írjuk. Az ilyen ‐ ún. triviális ‐ megoldás viszont nem,,érdekes''.
Valamivel érdekesebb, ha kiindulásul az alapélekre váltakozva 0-t és 2-t írunk és az oldalélek közül háromra 1-et ‐ evvel a fentiek szerint a hátralevő öt él száma is meg van határozva ‐ de a második tulajdonság teljesülése még így is triviális: mindegyik csúcsba egy 0-s, egy 1-es és egy 2-es él fut be.