Feladat: B.4372 Korcsoport: 14-15 Nehézségi fok: könnyű
Megoldó(k):  Weimann Richárd 
Füzet: 2012/március, 148. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Sík geometriája, Teljes indukció módszere, Feladat, Ponthalmazok
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2011/szeptember: B.4372

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

I. megoldás. Ha a pontok száma legfeljebb négy, akkor a feladat állítása azonnal adódik. Tegyük fel, hogy n>4, és az állítás nem igaz. Válasszunk egy olyan e egyenest, amelyre az adott pontok közül legalább három, P, R és S is illeszkedik. Feltevésünk szerint e legfeljebb n-2 pontot tartalmaz, ezért az n pont közül választhatunk két olyat, T-t és U-t, amelyek nincsenek rajta e-n. A TU egyenesnek legfeljebb egy közös pontja van e-vel, ezért feltehető, hogy sem R, sem S nincs rajta a TU egyenesen. Ekkor viszont az {R,S,T,U} pontnégyes közül nem tudunk kiválasztani három kollineárisat, mert bármely hármat választjuk, azok közt szerepel vagy az (R,S), vagy a (T,U) pár, ezen párok bármelyikének összekötő egyenese viszont a másik pár egyik pontját sem tartalmazza. Tehát feltevésünkből ellentmondást kaptunk, azaz a pontok közül legalább n-1 kollineáris.

 
 

 
II. megoldás. Az állítást n szerinti teljes indukcióval bizonyítjuk. Ha n4, akkor az állítás nyilvánvaló. Tegyük fel, hogy n5, és n-1 pont esetén az állítást már beláttuk. Hagyjuk el a ponthalmaz egyik pontját. A fennmaradó n-1 elemű ponthalmazra a feltételek teljesülnek, tehát az indukciós feltevés alapján található benne egy n-2 elemű A részhalmaz, melynek pontjai egy egyenesre esnek. Hagyjuk el most az eredeti ponthalmazból A-nak egy pontját. Az így kapott n-1 elemű ponthalmazban is található egy n-2 elemű B részhalmaz, melynek pontjai egy egyenesre esnek. Mivel AB, a C=AB halmaz legalább n-1 elemű. Megmutatjuk, hogy ennek pontjai egy egyenesre esnek.
Mivel |AB|n-41, azért C biztosan tartalmaz egy P pontot. Tegyük fel, hogy C-nek nincs több pontja. Ekkor |A{P}|=|B{P}|=n-32 miatt létezik négy pont, R,SA{P} és T,UB{P}, melyek közül semelyik három nem esik egy egyenesre. Ez azonban ellentmond a feltételeknek, tehát C legalább két pontból áll. Legyen eC két különböző pontjának összekötő egyenese. Mivel A pontjai is és B pontjai is kollineárisak, uniójuk minden pontja rajta kell hogy legyen az e egyenesen. Tehát az állítás n pontú halmazra is igaz, s ezzel a teljes indukciós bizonyítást befejeztük.