Feladat: Gy.2965 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Gröller Ákos ,  Hegyi Barnabás 
Füzet: 1996/február, 78 - 80. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Szabályos tetraéder, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1995/január: Gy.2965

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

A szabályos tetraédernek kétféle szimmetriatengelye van. Az egyik típusú a tetraéder két szemközti élének felezőpontját köti össze ‐ erre az egyenesre, mint tengelyre tükrözve a tetraédert, képe önmaga lesz ‐, a másik típusú pedig a tetraéder egy csúcsát köti össze a szemközti lap középpontjával ‐ e körül az egyenes körül 120-kal elforgatva lesz a tetraéder képe önmaga. A feladat kitűzője (és a legtöbb megoldó is) a második típusú szimmetriatengelyre gondolt, ez azonban a példa szövegéből nem derül ki. 5 pontos megoldásnak fogadtuk el mindazokat a dolgozatokat, amelyek valamelyik tengelyre megoldották a feladatot. Terjedelmi korlátok miatt csak a második típusú tengelyre vonatkozó megoldást közöljük. (Az első típus esetén a számolás hosszadalmasabb, a végeredmény 33.)
Feltehetjük, hogy P az O középpontú ABCD tetraéder A-n átmenő OA szimmetriatengelyén van. P nem lehet a tetraéder belső pontja, mert akkor a nagyított tetraéder teljes egészében tartalmazná T-t. A középpontos hasonlóság tulajdonságai miatt a nagyított tetraéder lapjai párhuzamosak T megfelelő lapjaival, továbbá a két tetraéder egyik szimmetriatengelye közös. Ezért a két tetraéder közös része is egy szabályos tetraéder lesz. Hasonló testek térfogatának aránya megegyezik a hasonlóság arányának köbével, ezért 183=12 miatt a közös rész lineáris adatai megegyeznek T megfelelő adatainak felével. Ezek után két esetet kell megkülönböztetnünk attól függően, hogy P és A a BCD síknak ugyanazon az oldalán van-e, vagy nem.
Ha igen (1. ábra), akkor A-nak a nagyítás során kapott A' képe a közös rész BCD-re nem illeszkedő csúcsa lesz. Az előzőek miatt A' fele olyan messze lesz a BCD laptól, mint A. Ismert, hogy O a tetraéder magasságának BCD-hez közelebbi negyedelőpontja, ezért OA'=12AA'. A nagyítás miatt PA=AA', tehát

PO=PA+AA'+A'O=52AA'=54m,
ahol m jelöli T magasságát. A T térfogata egységnyi, ezért m=232436, azaz PO=562436.
 

1. ábra

 
2. ábra

 

Ha a BCD sík elválasztja P-t és A-t (2. ábra), akkor A lesz a közös rész egyik csúcsa, annak A-val szemközti lapját pedig a BCD sík S' képe metszi ki T-ből. Ezért az S' sík felezi T-nek az A-hoz tartozó magasságát, másrészt a nagyítás miatt S' kétszer olyan messze van P-től, mint a BCD sík. Tehát a BCD és az S' síkok harmadolják a PA szakaszt. Ezért PA=32m. Viszont OA=34m, tehát
PO=PA-OA=34m=24362.

Így a tetraéder középpontja P-től vagy 5624362,0817, vagy 1224361,0409 egységnyi távolságra van.
 Hegyi Barnabás (Zalaegerszeg, Zrínyi M. Gimn., III. o.t.) dolgozata alapján