Feladat: Pontversenyen kívüli P.122 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 1973/december, 217 - 218. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Egyéb feladványok, Középpontos tükrözés, Paralelogrammák, Vektorok, Pontversenyen kívüli probléma
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1971/december: Pontversenyen kívüli P.122

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

a) Ha P, Q, R a sík tetszőleges pontjai, és S a P-nek a QR szakasz felezőpontjára, F-re vonatkozó tükörképe, akkor a PR szakaszt F-re tükrözve SQ-t kapjuk, és emiatt a PR és QS vektorok egyenlők. Ennek az észrevételnek az alapján átfogalmazhatjuk a halmaz (1) tulajdonságát:
(1a) Ha P és R a H tetszőleges pontjai, akkor H pontjait a PR vektorral eltolva ismét H-beli pontokat kapunk.
b) Legyen P, Q, R a H-nak tetszőleges három, nem egy egyenesen levő pontja. [A (2) tulajdonság alapján ilyen van.] Q-t PR-rel eltolva a H-beli S1 pontot kapjuk, és ebből kiindulva lépésről lépésre kapjuk PR-rel való eltolással a H-beli S2, ..., Sn, ... pontokat, amelyek a QS1, egyenesen vannak, és amelyekre QSn=nPR. Q-t RP-ral és RP többszöröseivel eltolva kapjuk a H-beli S-1, ..., S-n, ... pontokat, amelyek a QS1 egyenesen vannak, és amelyekre
QS-n=-nPR. A QS1 egyenes így kapott pontjait a PQ vektor többszöröseivel eltolva egy paralelogrammarács pontjait kapjuk, amelynek minden pontja H-beli, és szemei a PRS1Q paralelogrammával egybevágóak.
Megmutatjuk, hogy a sík tetszőleges k körében van H-nak pontja. Legyen ugyanis ε a k sugarának a negyede, ekkor (2) szerint van olyan ε sugarú kör, amelyben H-nak van három nem egy egyenesen levő pontja. Az ezekre támaszkodó paralelogramma rácsnak van k-beli pontja, és az b) szerint H-beli. Legyen ugyanis PQRS a paralelogrammarácsnak az a szeme, amely tartalmazza k középpontját (illetve bármelyik olyan, ha több olyan is van). E középpontnak a P-től mért távolsága nem nagyobb, mint a PQRS nagyobbik átlója, ami viszont nem nagyobb a PQR háromszöget lefedő kör átmérőjének a 2-szeresénél, 4ε-nál, ez pedig nem más, mint k sugara.
c) A most bizonyított (3) tulajdonságból következik a feladat állítása. Ha ugyanis a feladat állítása nem volna igaz, volna olyan k kör, amelyben H-nak legfeljebb csak véges sok pontja volna. Legyen O a k-nak H-hoz nem tartozó pontja, és legyen P a H-nak K-beli pontjai közül az O-hoz legközelebbi. Akkor a O körüli, OP sugarú k0 körben (vagy a vele koncentrikus, teljesen k-ban fekvő körben, ha k0 még nem volna teljesen k-ban) H-nak nem volna pontja, ami (3) szerint nem lehet. Feladatunk állítását ezzel bebizonyítottuk.