A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Megoldás. Létezik ilyen ponthalmaz. Tekintsük ugyanis a derékszögű koordinátarendszerben a pontokat, ezek éppen az origó körüli egység sugarú körvonal pontjai. pontosan akkor teljesül, ha az szám -nek egész számú többszöröse. Álljon a körvonal azon pontjaiból, amelyekre egész szám. Kihasználva a szám irracionális voltát láthatjuk, hogy ezek a pontok páronként különbözők, továbbá esetén . Ezért ha különböző egész számok, akkor a és egyenesek is különbözők. Minden egész számra a egyenes szimmetriatengelye a korlátos halmaznak: a pont tükörképe éppen . A halmaznak tehát végtelen sok szimmetriatengelye van. Tegyük fel, hogy középpontosan szimmetrikus az pontra. Ekkor minden pontja egyben annak a körnek is pontja, melyet az egységkörből úgy kapunk meg, hogy azt -re tükrözzük. Mivel két különböző körnek legfeljebb két közös pontja lehet, -nak pedig végtelen sok különböző pontja van, a két kör egybeesik, vagyis . Azt viszont már láttuk, hogy nem lehet középpontosan szimmetrikus -ra, hiszen például , de . Tehát a halmaz valamennyi feltételnek eleget tesz.
Megjegyzések. 1. A helyes megoldások többsége a fenti konstrukciót adta meg, vagy ahhoz hasonlót, mindenképpen egy körvonalon. Ez nem is lehet másként: ha és egymást -ben metsző szimmetriatengelyei -nak, akkor invariáns a pont körüli, a tengelyek által bezárt szög kétszeresével való elforgatásra; a nagyszámú forgásszimmetria megléte tehát szükségszerű. (Két szimmetriatengely nem lehet párhuzamos, mivel akkor a két tükrözés kompozíciója a halmazt helybenhagyó nemtriviális eltolás lenne, ellentmondva annak a követelménynek, hogy korlátos.) 2. A közölt megoldás erősen támaszkodik arra a nevezetes tényre, hogy a irracionális. Ez az eszköz azonban a feladat megoldásában nélkülözhető; Frankl Nóra (Budapest, Berzsenyi D. Gimn., 10. évf.) példája a következő: tekintsük egy körvonal három harmadolópontját, a kapott ívek harmadolópontjait, és így tovább. A kapott végtelen ponthalmaz forgás- és tengelyes szimmetriái a közölt megoldáshoz hasonlóan láthatók, viszont abból az elemi tényből következően nem lesz középpontosan szimmetrikus, hogy az nem írható fel 3-hatvány nevezőjű törtként.
|