Назад
Задача

а) Точка O лежит внутри выпуклого n-угольника A1A2A3...An. Рассматриваются углы AiOAj при всевозможных парах  (i, j)  (i, j – различные натуральные числа от 1 до n). Докажите, что среди этих углов найдётся по крайней мере  n – 1  не острых (прямых, тупых или развёрнутых) углов.б) То же для выпуклого многогранника, имеющего n вершин.

Решение

Решение 1:   Докажем более общее утверждение (верное в пространстве любой размерности).

        Пусть точка O принадлежит выпуклой оболочке точек A1, ..., An, не совпадая ни с одной из них. Тогда среди углов AiOAj не менее  n – 1  не острых.

  (Нулевой угол мы также считаем "не острым". Это не страшно, поскольку в условиях задачи такие углы не возникают.)   Доказательство. Рассмотрим векторы  ai = .  Найдутся такие неотрицательные числа αi, не все равные нулю, что  α1a1 + ... + αnan = 0.  Это следует, например, из того, что O – центр масс точек Ai при некотором распределении масс.

  Пусть количество не острых углов меньше  n – 1.  Соединим пары точек, на которые опираются эти углы. Полученный граф несвязен (в связном графе с n вершинами не менее  n – 1  ребра). Отметим, что для вершин Ai, Aj, принадлежащих разным компонентам  (ai, aj) > 0  (угол AiOAj – острый).

  Рассмотрим ту из компонент связности, которая содержит вершину с ненулевым коэффициентом. С точностью до смены нумерации можно считать, что её вершины –  A1, ..., Am.      (α1a1 + ... + αmam, an) = α1(a1, an) + ... + αm(am, an) > 0   ⇒   α1a1 + ... + αmam0   ⇒

     0 > – |α1a1 + ... + αmam|2 = (α1a1 + ... + αmam, αm+1am+1 + ... + αnan) ≥ 0(после раскрытия скобок в правой части все слагаемые неотрицательны). Противоречие.

Решение 2:а) Разобьём многоугольник диагоналями, выходящими из одной вершины, на треугольники. O лежит в одном из них (пусть ABC). Тогда среди углов AOB, BOC, COA (их сумма равна 360°) два не острых. Для любой другой вершины D один из углов DOB, DOC, DOA не острый (иначе A, B, C и D лежат по одну сторону от прямой, проходящей через O, и перпендикулярной к DO, что невозможно).

Ответ

Ответ задачи отсутствует

Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь

Комментариев нет