Feladat: Gy.2954 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Deli Tamás ,  Formanek Csaba ,  Juhász András ,  Pap Gyula ,  Szabados Péter 
Füzet: 1995/november, 474 - 476. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Alakzatok egybevágósága, Pont körüli forgatás, Diszkusszió, Síkgeometriai szerkesztések, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1994/december: Gy.2954

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

Tekintsük a feladatot megoldottnak. A P-n átmenő és egymással α szöget bezáró e és f egyenesek az adott k1 és k2 körökből az egyenlő hosszúságú A1B1 és A2B2 húrokat metszik ki (1. ábra). Forgassuk el k2-t és f-et P körül α szöggel úgy, hogy f képe e legyen. A k2 képe legyen k2', A2 és B2 képe pedig A2', illetve B2'. Ezzel problémánkat visszavezettük a következő, egyszerűbb feladatra: Adott két kör és egy pont. Szerkesszünk a ponton át olyan egyenest, amelyik a körökből egyenlő hosszúságú húrokat metsz ki. Eredeti feladatunk megoldásainak száma a módosított feladat megoldásszámától függ. Terjedelmi okokból a szokásos diszkussziótól el kell tekintenünk, ugyanis többféle bonyodalom adódhat.
Az 1. ábrán felvett helyzetben azért lesz megoldás, mert a k1 és k2' körök P-ből vett látószögtartományainak van közös része, de egyik sem esik bele teljesen a másikba; P körül forgatva a szelőt, az egyikből kimetszett húr hosszabbodik, a másik rövidül. Ismétlődne ez, ha P e két kör ,,között'' lenne és emiatt egyik szögtartomány helyett csúcsszögtartományát néznénk. Valamivel nagyobb α esetén már nem lenne közös rész.
Más is okozhat gondot, pl. ha k2' metszené k1-et, így csak akkor lehetne megoldás, ha közös húregyenesük éppen átmenne P-n. Előfordulhatna r1=r2 esetén, hogy a két kör azonos. Bele is eshetne k2' a k1-be, ha r2<r1, másrészt esetleg ,,elnyelné'' azt, ha r2>r1.
Az r1=r2 esetben, ha k2' a k1-en kívül esne, és P ,,köztük'' volna,, gondolnunk kellene az O1O2' egyenessel párhuzamos közös szelőre, és olyanra is, amely szétválasztja a két középpontot.
Visszatérve a feladat megoldására, toljuk el k2'-t az A2'A1 vektorral, a képét jelöljük k2''-vel. Mivel A1B1=A2B2=A2'B2', ezért az eltolásnál B2' képe B1 lesz. Jelöljük O1, O2, O2', O2''-vel a k1, k2, k2' és k2'' körök középpontját.
Az e egyenes a k1 és k2'' körök közös húrja, ezért O1O2'' merőleges e-re. Viszont az eltolás miatt O2'O2''e, tehát O2'O2''O1=90, azaz O2'' rajta van az O1O2' szakasz Thalész-körén. P-ből ‐ sőt az e egyenes minden pontjából ‐ a k1 és k2'' körökhöz egyenlő hosszúságú érintők húzhatók (ennek az állításnak a bizonyítása megtalálható pl. a Geometriai feladatok gyűjteménye I. kötetének 1323. feladatában). Jelöljük ennek az érintőnek a hosszát d-vel, ki sugarát pedig ri-vel. Tudjuk, hogy az érintő merőleges az érintési pontban húzott sugárra, ezért Pitagorasz tétele szerint PO2''2=d2+r22 és PO12=d2+r12 (2. ábra). Vagyis PO2''=PO12-r12+r22. Tehát O2'' rajta van a P középpontú, PO12-r12+r22 sugarú körön.
Ezek alapján a szerkesztést az alábbi módon végezhetjük: PO1, r1 és r2 ismeretében megszerkesztjük a PO12-r12+r22 távolságot (3. ábra), majd ezzel a távolsággal mint sugárral P körül kört rajzolunk. Jelöljük ezt a kört l-lel. O2, P és α segítségével megszerkesztjük O2'-t. O1O2' Thalész-körének és l-nek a metszéspontja adja O2''-t. Az O2'' körüli r2 sugarú kör és k1 metszéspontjai megadják a P-n átmenő A1B1=e egyenest. Végül e-t P körül α szöggel visszaforgatva (azaz az O2PO2' irányított szöggel ellentétes irányban forgatva ‐ 4. ábra) megkapjuk az f egyenest. A szerkesztésből következik, hogy e és f a feladat feltételeinek megfelelő szelők.
A megoldások száma O2''-re 2, 1 vagy 0, attól függően, hogy O1O2' Thalész-körének és l-nek hány közös pontja van. De az is kérdés, hogy a második az O2'' körüli r2 sugarú kör metszi-e a k1-et.

 Szabados Péter (Dombóvár, Illyés Gy. Gimn., I. o.t.) dolgozata alapján