Feladat: B.4918 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Zsigri Bálint 
Füzet: 2018/április, 223 - 224. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Feladat, Térgeometriai bizonyítások, Vektorok
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2017/december: B.4918

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

Az adott egységvektorok legyenek v1,...,vM, az O origó középpontú egységnyi sugarú gömböt jelölje B. Legyen P az a pont, aminek helyvektora s=v1+...+vM; továbbá a P középpontú egységgömböt jelölje G.
Világos, hogy ha a v1,...,vM vektorok közül egyet elhagyunk, akkor a maradék összege az origóból valahova G felszínére mutat. Ezért ha G felszíne nem metsz bele B belsejébe, akkor bármely M-1 vektort kiválaszthatjuk, ezek összege ,,kimutat B-ből'', így legalább egységnyi hosszúságú. A továbbiakban tegyük fel, hogy G és B egy körben metszik egymást, amely nyilván illeszkedik az OP szakasz S felezőmerőleges síkjára.

 
 

Vetítsük le a v1,...,vM vektorokat az OP egyenesre, és tekintsük a vetületek előjeles hosszát: ha a vetületvektor s-sel egyállású, akkor a hosszát pozitívnak tekintjük, egyébként negatívnak. Mivel a vektorok összege éppen s, azért a vetületek előjeles hosszának összege |s|. Így van olyan vektor, mondjuk v1, amely vetületének előjeles hossza legfeljebb |s|/2. Ez geometriailag pontosan azt jelenti, hogy v1 az origóból egy olyan A pontba mutat, amely az S-nek az origót tartalmazó zárt félterébe esik. Messük el a G és B gömböket az AOP síkkal, így kapjuk az ábrát.
Legyen az A pontnak az OP szakasz F felezőpontjára vett tükörképe A'. Ekkor PA'=-v1, ezért OA'=OP+PA'=s-v1=v2+...+vM, azaz M-1 darab adott vektor összege. A tükrözés miatt az S sík elválasztja az O és A' pontokat (esetleg A'S), valamint A' illeszkedik G felszínére, ezért ‐ ahogyan az az ábráról leolvasható ‐ A' nem lehet a B gömb belsejében. Így |OA'|1, és a bizonyítást befejeztük.
 

 Zsigri Bálint (Budapest, Szent István Gimn., 11. évf.)