Задача
Дан бумажный треугольник, площадь которого равна ½, а квадраты всех сторон – целые числа.
Докажите, что в него можно завернуть квадрат с площадью ¼ (треугольник можно сгибать, но нельзя резать).
Решение
1. Будем называть элементарным треугольник с площадью ½ и целыми квадратами сторон. Элементарный треугольник со сторонами 1, 1, и
обозначим через Δ.
Назовем переклейкой операцию разрезания треугольника ABC по медиане AM и склеивания получившихся треугольников ABM и ACM по равным отрезкам BM и CM в новый треугольник со сторонами AB, AC и 2AM.
2. Покажем, что из любого элементарного треугольника δ можно переклейками получить Δ.
Заметим, что переклейка переводит элементарный треугольник в элементарный: площадь не меняется, а из формулы 4m² = 2b² + 2c² – a² следует, что целочисленность квадратов сторон тоже сохраняется.
Будем переклеивать произвольный элементарный треугольник δ следующим образом: если у δ есть тупой угол, то будем разрезать его по медиане из этого угла. Тогда наибольшая сторона треугольника будет уменьшаться, и так как квадраты сторон целые, то когда-нибудь мы получим элементарный треугольник δ, являющийся прямоугольным или остроугольным. В этом случае синус наибольшего угла не меньше
поэтому произведение сторон, прилегающих к нему, не больше
значит, они обе единичные, а тогда угол между ними – прямой. Таким образом, мы получили Δ.
3. Если δ' получен переклейками из δ, то и δ можно получить переклейками из δ'. Следовательно, любой элементарный треугольник δ может быть получен переклейками из Δ.
4. Будем называть треугольник δ оберткой, если квадрат со стороной ½ можно завернуть в δ так, чтобы каждые две точки, лежащие на одной стороне δ и равноудаленные от середины этой стороны, совместились.
Треугольник Δ является оберткой: перегнём его по средним линиям, параллельным катетам.
Предположим, что треугольник δ = ABC является оберткой, и пусть AM – одна из его медиан. Рассмотрим способ заворачивания в неё квадрата, склеим в нём все пары точек стороны BC, равноудалённые от M, и разрежем её вдоль AM. В результате получим, что переклейка треугольника ABC по медиане AM также является оберткой. Отсюда, вкупе с пунктом 3, следует утверждение задачи.
Ответ
Ответ задачи отсутствует
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь