Feladat: Gy.1658 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1977/március, 113. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Kör (és részhalmaza), mint mértani hely, Parabola, mint mértani hely, Szabályos sokszögek geometriája, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1976/november: Gy.1658

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

I. megoldás. Könnyen látható, hogy van olyan kör, amelyik 1976 ponton megy át. Megmutatjuk, hogy több pont nem lehet egy körön.
Tekintsünk egy k kört, mely bizonyos felezőpontokat tartalmaz, és a sokszögnek azokat az átlóit, melyeknek éppen ezek a felezőpontjai, (ha ez nem volna egyértelmű, az egyik ilyen átlót). Ha a sokszög minden egyes csúcsából a fenti átlók közül legfeljebb 2 fut ki, akkor az átlók száma legfeljebb 1976, mert minden átlót két csúcsnál vettünk számításba. Így a körön levő felezőpontok száma ugyancsak legfeljebb 1976.
Ha nem az előbbi eset áll fenn, akkor van a sokszögnek egy olyan A csúcsa, hogy ebből a csúcsból legalább 3 kiinduló átló felezőpontja van a k1 körön. E három felezőpont nyilván különböző, így meghatározza k-t. Másrészt, ha a sokszög köré írt kört az A pontból felére kicsinyítjük, a kapott k1 kör tartalmazza az A-ból kiinduló átlók felezőpontjait. Így kell, hogy k1 azonos legyen k-val. k-n biztosan rajta van az A-ból induló valamennyi átló felezőpontja (köztük a sokszög köré írt kör O középpontja), ez összesen 1975 pont.
Most belátjuk, hogy más felezőpont nem lehet k1-en.
Legyen d egy átló és ennek F felezőpontja legyen rajta k-n. Mivel a kör középpontját a húr felezőpontjával összekötő szakasz merőleges a húrra, ezért OFd, s mivel AO a k körben átmérő, így Thalész tétele szerint d-nek át kell mennie k átmérőjének másik végpontján, A-n. Így valóban csak az A-n átmenő átlók felezőpontjai lehetnek rajta k-n.
Azaz a kijelölt pontok közül legfeljebb 1976 lehet egy körön.

 

II. megoldás. Húzzuk meg a sokszög egyik csúcsából kiinduló összes átlót (oldalt is), ezek közül egy a sokszög köré írt k kör átmérője, a többi páronként erre az átmérőre szimmetrikus. Így 1975-12=987 különböző hosszúságú átlót kapunk. Ezen átlók mindegyike a sokszög köré írt kör O középpontjától különböző távolságra van. Rajzoljunk ezen távolságok mindegyikével O körül kört. Így 987 koncentrikus kört kaptunk. Tudjuk, hogy ha egy körbe egyenlő hosszúságú húrokat írunk, ezek felezőpontjainak mértani helye egy, az eredeti körrel koncentrikus kör lesz, amelynek sugara a húrnak a középponttól vett távolsága. A 987 kör bármelyikét kiválasztva, ez tehát tartalmazza az összes egyenlő hosszúságú átlók felezőpontját. Egyenlő hosszúságú átló a sokszögben 1976 húzható, így mindegyik koncentrikus körön 1976 felezőpont van.
Most tekintsünk egy kört, mely az eddigiektől különbözik. Ez a kör a 987 kör mindegyikét legfeljebb 2 pontban metszheti, azaz 1974 felezőpontot tartalmaz, esetleg még az O-t is. Ez összesen 1975 felezőpont.
Ismét azt láttuk tehát, hogy a felezőpontok közül legfeljebb 1976 lehet egy körön.