Назад

Невозможно разрезать выпуклый многоугольник на невыпуклые четырехуголь

Задача

Докажите, что выпуклый многоугольник нельзя разрезать на конечное число невыпуклых четырехугольников.

Решение

Предположим, что выпуклый многоугольник Mразрезан на невыпуклые четырехугольникиM1,...,Mn. Каждому многоугольнику Nпоставим в соответствие числоf(N), равное разности между суммой его внутренних углов, меньших180o, и суммой углов, дополняющих до360oего углы, большие180o. Сравним числаA=f(M) и B=f(M1) +...+f(Mn). Рассмотрим для этого все точки, являющиеся вершинами четырехугольниковM1,...,Mn. Их можно разбить на четыре типа.

  1. Вершины многоугольника M. Эти точки дают одинаковые вклады в Aи B.
  2. Точки на сторонах многоугольника Mили Mi. Вклад каждой такой точки в Bна180oбольше, чем в A.
  3. Внутренние точки многоугольника, в которых сходятся углы четырехугольника, меньшие180o. Вклад каждой такой точки в Bна360oбольше, чем в A.
  4. Внутренние точки многоугольника M, в которых сходятся углы четырехугольников, причем один из них больше180o. Такие точки дают нулевые вклады в Aи B. В итоге получаемA$\le$B. С другой стороны,A> 0, а B= 0. НеравенствоA> 0 очевидно, а для доказательства равенстваB= 0 достаточно проверить, что если N — невыпуклый четырехугольник, тоf(N) = 0. Пусть углы Nравны$\alpha$$\ge$$\beta$$\ge$$\gamma$$\ge$$\delta$. У любого невыпуклого четырехугольника ровно один угол больше180o, поэтомуf(N) =$\beta$+$\gamma$+$\delta$- (360o-$\alpha$) =$\alpha$+$\beta$+$\gamma$+$\delta$- 360o= 0o. Получено противоречие, поэтому выпуклый многоугольник нельзя разрезать на конечное число невыпуклых четырехугольников.
Ответ

Ответ задачи отсутствует

Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь

Комментариев нет