Feladat: Gy.3274 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Babos Attila ,  Bálint Gergely ,  Csikvári Péter ,  Deli Lajos ,  Gerencsér Balázs ,  Kunszenti-Kovács Dávid ,  Somogyi Dávid ,  Tran Thanh Long ,  Varjú Péter 
Füzet: 1999/december, 532 - 533. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Háromszögek egybevágósága, Magasságvonal, Derékszögű háromszögek geometriája, Síkgeometriai számítások trigonometria nélkül, Konstruktív megoldási módszer, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1999/április: Gy.3274

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

Azt bizonyítjuk be, hogy az arány csak λ1=1 és λ2=5+12 lehet. Itt λ1 az egyenlő szárú derékszögű háromszög befogóaránya, λ2 pedig az egyetlen olyané, amit az 1. ábra szerint felvágva az 1-es és 3-as darab egybevágó lesz. (Ezt egyszerűen ki lehet számolni.)
Először belátjuk, hogy λ1, illetve λ2 arányok esetén valóban mindig lesz két egybevágó darab minden vágás után.
Ha λ1 az arány, akkor minden vágás két egybevágó egyenlő szárú derékszögű részre oszt, így az utolsó vágás mindig szolgáltat két egybevágó háromszöget.
Ha λ2 az arány, akkor tegyük fel, hogy sikerült úgy vágni, hogy a végén csupa különböző darab keletkezett. Válasszuk ki a legrövidebb (legkevesebb vágásból álló) ilyen vágássorozatot! Vegyük észre még azt, hogy nem számít a vágások sorrendje.
A három eredeti háromszög közül kettőt biztosan kettévágtunk. Nézzük a két vágás során keletkezett két nagyobbik darabot. Ezek közül az egyiket biztosan ketté kellett vágni. Így van három egybevágó, az eredetihez hasonló háromszög (2. ábra). Felejtsük el a többit részt, és folytassuk csak ezeken az eltervezett vágásokat. Az eljárás végén a feltevésünk szerint csupa különböző darab lesz. A három kisebb darabon tehát kevesebb vágás is elég volt, ez pedig ellentmondás, hiszen feltettük azt is, hogy egy minimális vágássorozatból indultunk ki.
Most megmutatjuk, hogy ha a befogók aránya különbözik λ1-től és λ2-től, akkor a 3. ábrán jelölt vágások után kapott nyolc hasonló háromszög között nincsenek egybevágók. A tömörség kedvéért az alábbiakban Hi egyszerre jelöli az ábrán i-vel jelölt számozott háromszöget, ennek területét, illetve a háromszög pontjaiból álló halmazt.
Ha két háromszögnek az ábrán van közös oldala, akkor területük nagyságviszonya eldönthető: az a kisebbik, ahol ez a közös oldal átfogó, illetve ahol ez a közös oldal a nagyobbik befogó, hiszen háromszögeink hasonlók.
Így kapjuk az alábbi egyenlőtlenségláncot:

H1>H2H4H5>H4>H5H7H8>H8>H7,
azaz
H1>H2>H4>H5>H8>H7.(1)
Csak két háromszöget nem tudtunk besorolni, ezek H3 és H6. Mivel H2>H3H6H7H8>H5, azért H2>H3>H5 és hasonlóan, H5H7H8>H6>H7, ezért H5>H6>H7.
Az (1) egyenlőtlenség szerint így csak H3H4, illetve H6H8 volna lehetséges, azonban mindkettő azt jelentené, hogy a befogók aránya λ2.
Ezzel a bizonyítást befejeztük.