A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Igen, következik. Tükrözzük a hétszöget egymás után a két szimmetriatengelyére. Az eredő transzformáció vagy eltolás (ha a tengelyek párhuzamosak), vagy elforgatás (ha a két tengely metszi egymást). Mivel a transzformáció során a hétszög képe önmaga, ezért a transzformáció szükségképpen elforgatás. Ennek szöge a két szimmetriatengely szögének kétszerese, így legfeljebb . Pontosan nem lehet a szög, mivel a -os forgatás középpontos tükrözést jelent, páratlan oldalszámú konvex sokszög pedig nem lehet középpontosan szimmetrikus. Hétszögünket tehát egy -nál kisebb szögű forgatás önmagába viszi. Nevezzük egy csúcs pályájának azon csúcsok együttesét, amelyekbe ez a csúcs az elforgatás egy más utáni alkalmazásai során kerül. (Ha pl. az hétszög csúcsát a forgatás -ba, -at -be, -et pedig -be viszi, akkor az pályája ‐ és persze az , csúcsoké is ‐ , , .) Egy pálya nem állhat egyetlen elemből, hiszen ez azt jelentené, hogy a forgatás centruma a hétszög valamelyik csúcsa, ami a konvexitás miatt lehetetlen. Két elemből sem állhat egy pálya, mivel ekkor az elforgatás -os lenne, amit már korábban kizártunk. Ha valamelyik csúcs pályája háromelemű, akkor az előbbiek szerint a másik négy csúcsnak egyetlen pályát kellene alkotnia. De háromelemű pálya csak akkor létezhet, ha az elforgatás szöge vagy , míg ha egy pálya négy elemből áll, akkor az elforgatás szöge vagy . Ezek a szögek mind különbözőek, ami ellentmondás. Öt vagy hat elemből álló pálya sem lehet, mert ekkor a maradék csúcsok kettő-, illetve egyelemű pályá(k)ba tartoznának.
Tehát a sokszög hét pontja egyetlen pályát alkot; ez azt jelenti, hogy a hétszög bármely csúcsát egy rögzített pont körüli alkalmas elforgatással át tudjuk vinni a hétszög tetszőleges csúcsába. Legyen az sokszög forgáscentruma , és legyen . Az körüli szögű forgatás a sokszöget önmagába viszi. Mivel ekkor képe , ezért képe csak fennmaradó szomszédja, lehet hasonlóan képe képe pedig . Így , tehát a sokszög szabályos. Megjegyzés. A feladat állítása helyett tetszőleges prím oldalszámú konvex sokszögre is érvényes, és ennek belátásához a fenti bizonyítást nem is kell túl sokkal kiegészíteni. Ha azonban a sokszög oldalainak száma nem prím, akkor már nem igaz a megfelelő állítás. |