Feladat: Pontversenyen kívüli P.144 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bartolits I. ,  Hermann P. ,  Kiss E. ,  Kollár J. 
Füzet: 1975/április, 161. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Síkbeli szimmetrikus alakzatok, Sokszögek szimmetriái, Pontversenyen kívüli probléma
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1972/május: Pontversenyen kívüli P.144

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

Legyen K tetszőleges konvex sokszög, amelynek van véges sok paralelogrammára való felbontása. Jelöljük ezt a felbontást F-fel, és legyen AB a K sokszög tetszőleges oldala. Fessük pirosra mindazokat az F-ben szereplő paralelogrammákat, amelyeknek van AB-vel párhuzamos oldaluk. Legyen e egy tetszőleges, pirosra festett paralelogramma AB-vel párhuzamos oldalának az egyenese. Ha e metszi K-t, tekintsük az e-hez csatlakozó piros paralelogrammákat. Ha volna e-nek olyan PQ szakasza, amelyhez e egyik oldalán támaszkodik piros paralelogramma, de a másikon nem, az F-beli paralelogrammák nem fednék le hézagtalanul K-t. Emiatt tetszőleges, AB-vel párhuzamos, K-t metsző egyenesen a piros szakaszok összhossza ugyanaz, és egyenlő AB hosszával. Ez csak úgy lehet, ha K-nak van AB-vel párhuzamos és AB-vel egyenlő hosszúságú A*B* oldala. Válasszuk úgy a betűzést, hogy az AB, A*B* szakaszok ellentétes irányításúak legyenek. Mivel AB K-nak tetszőleges oldala volt, ezzel beláttuk, hogy K minden oldalához található K határvonalán vele párhuzamos és egyenlő oldal. Induljunk el K határvonalán A-ból B-n át A* felé. Az érintett oldalakon rendre irányt változtatva az irányváltoztatások összege 180, ami 360-ra nő, ha A*-ból B*-on át visszatérünk A-ba. Mivel utunk során az irányváltoztatások mind ugyanabban az irányban történtek, a B-hez csatlakozó BC oldallal párhuzamos oldal csak a B*-hoz csatlakozó B*C* oldal lehet, vagyis az egymáshoz csatlakozó oldalakkal párhuzamos oldalak csatlakoznak egymáshoz. K tetszőleges csúcsához rendeljük hozzá a belőle kiinduló oldalakkal párhuzamos oldalak közös pontját. Ez kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés. Nevezzük a megfelelő csúcsokat szemköztieknek, a szemközti csúcsok által meghatározott átlókat átmérőknek. Szomszédos csúcsokkal szemben szomszédos csúcsok vannak, és a belőlük kiinduló átmérők felezik egymást, és közös felezőpontjuk K szimmetriacentruma.
Megfordítva, ha K centrálszimmetrikus, toljuk el a határvonalát úgy, hogy az egyik csúcs a vele szomszédos csúcsba menjen át. Az új határvonalnak csak a K belsejébe eső részét tartsuk meg, ez az eltolás előtti megfelelőjével együtt olyan sávot határol, amelyet az eltolás irányával párhuzamos egyenesekkel könnyen paralelogrammákra bonthatunk. Hagyjuk el a most felbontott sávot K-ból, a visszamaradó rész centrálszimmetrikus, és 2-vel kevesebb csúcsa van, mint K-nak. Ismételjük meg az eljárásunkat mindaddig, amíg paralelogramma nem marad vissza, ezzel K kívánt felbontását kapjuk.

 

Megjegyzés. Mivel ‐ mint láttuk ‐ tetszőleges centrálszimmetrikus sokszög paralelogrammákra bontható, egy sokszög akkor is centrálszimmetrikus, ha felbontható centrálszimmetrikus sokszögekre. Ezt használjuk fel a 132. probléma megoldásában.