Feladat: Gy.2442 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1988/május, 212 - 213. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Derékszögű háromszögek geometriája, Hatványközepek közötti egyenlőtlenség, Téglalapok, Húrsokszögek, Szélsőérték-feladatok differenciálszámítás nélkül, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1987/november: Gy.2442

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

Válasszuk a kör sugarát egységnyinek, és legyen a szóban forgó BDFH téglalap oldalainak hossza 2a, illetve 2b(0<a,b<2). A téglalap területe ekkor 4ab. Ha O a kör középpontja, akkor a nyolcszög területe az OFGH, OHAB, OBCD és ODEF deltoidok területének összege.
 
 

Egy deltoid területe az átlói szorzatának a fele, a fenti deltoidok területe így rendre 122b1; 122a1; 122b1; 122a1, és ebből a nyolcszög területe 2a+2b. A két idom területének aránya tehát
2a+2b4ab=a+b2ab.

Mivel a és b pozitív, az a+b2ab kifejezés akkor minimális, amikor reciproka, 2aba+b maximális. Ez utóbbi éppen az a és b számok harmonikus közepe, ami nem lehet nagyobb a két szám négyzetes közepénél,a2+b22-nél, és egyenlő is csak akkor lehet vele, ha a=b. Miután esetünkben Pitagorasz tétele szerint a2+b2=12=1,
2aba+ba2+b22=12=22.

Így 2aba+b akkor maximális, ha a=b, és ekkor értéke 22, ezért a nyolcszög és a téglalap területének aránya akkor minimális, ha a=b, vagyis ha a téglalap négyzet (a nyolcszög pedig szabályos), s a minimum értéke 2.
 

Megjegyzés. Az olvasó könnyen igazolhatja a pozitív a és b számok harmonikus, mértani, számtani és négyzetes közepére vonatkozó egyenlőtlenség-sorozatot:
2aba+baba+b2a2+b22.
Egyenlőség minden esetben csak akkor van, ha a=b.