Háromszögek fedése két körrel

Hasonló dokumentumok
Háromszögek fedése két körrel

18. Kerületi szög, középponti szög, látószög

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2009/2010-es tanév első (iskolai) forduló haladók II. kategória

Megoldatlan (elemi) matematikai problémák Diszkrét geometriai problémák

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

A Fermat-Torricelli pont

10. Tétel Háromszög. Elnevezések: Háromszög Kerülete: a + b + c Területe: (a * m a )/2; (b * m b )/2; (c * m c )/2

2004_02/10 Egy derékszögű trapéz alapjainak hossza a, illetve 2a. A rövidebb szára szintén a, a hosszabb b hosszúságú.

4 = 0 egyenlet csak. 4 = 0 egyenletből behelyettesítés és egyszerűsítés után. adódik, ennek az egyenletnek két valós megoldása van, mégpedig

Javítókulcs, Válogató Nov. 25.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2015/2016-os tanév 1. forduló Haladók III. kategória

Lehet hogy igaz, de nem biztos. Biztosan igaz. Lehetetlen. A paralelogrammának van szimmetria-középpontja. b) A trapéznak két szimmetriatengelye van.

Feladatok. 1. a) Mekkora egy 5 cm oldalú négyzet átlója?

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Síkgeometria

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi második fordulójának feladatmegoldásai. x 2 sin x cos (2x) < 1 x.

Húrnégyszögek, Ptolemaiosz tétele

BÖLCS BAGOLY LEVELEZŐS MATEMATIKAVERSENY III. forduló MEGOLDÁSOK

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2012/2013-as tanév kezdők III. kategória I. forduló

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

Ismételjük a geometriát egy feladaton keresztül!

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2016/2017-es tanév Kezdők III. kategória I. forduló

Érettségi feladatok: Síkgeometria 1/6

Érettségi feladatok: Trigonometria 1 /6

Trigonometria. Szögfüggvények alkalmazása derékszög háromszögekben. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

Pitagorasz-tétel. A háromszög derékszögű, ezért írjuk fel a Pitagorasz-tételt! 2 2 2

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

XXVI. Erdélyi Magyar Matematikaverseny Zilah, február II. forduló osztály

Feladatok a szinusz- és koszinusztétel témaköréhez 11. osztály, középszint

pont százalék % érdemjegy (jeles) (jó) (közepes) (elégséges) alatt 1 (elégtelen

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Trigonometria III.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

3. tétel Térelemek távolsága és szöge. Nevezetes ponthalmazok a síkon és a térben.

54. Mit nevezünk rombusznak? A rombusz olyan négyszög,

Koordinátageometria. M veletek vektorokkal grakusan. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

Interaktív geometriai rendszerek használata középiskolában -Pont körre vonatkozó hatványa, hatványvonal-

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Középpontos hasonlóság szerkesztések

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

XXIV. NEMZETKÖZI MAGYAR MATEMATIKAVERSENY Szabadka, április 8-12.

1. FELADAT: SZÁMÍTSD KI A KÖVETKEZŐ SZÁMKIFEJEZÉSEK ÉRTÉKEIT:

Kisérettségi feladatgyűjtemény

Koordináta geometria III.

Bevezetés a síkgeometriába

Hatvány, gyök, normálalak

Diszkrét matematika 2.C szakirány

HASONLÓSÁGGAL KAPCSOLATOS FELADATOK. 5 cm 3 cm. 2,4 cm

Németh László Matematikaverseny április 16. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

XVIII. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

M/D/13. Szorozzuk meg az egyenlet mindkét oldalát a közös nevezővel, 12-vel; így a következő egyenlethez jutunk: = 24

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA ( SZAKKÖZÉPISKOLA ) Javítási-értékelési útmutató

Háromszögek ismétlés Háromszög egyenlőtlenség(tétel a háromszög oldalairól.) Háromszög szögei (Belső, külső szögek fogalma és összegük) Háromszögek

13. Trigonometria II.

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai. 81f l 2 f 2 + l 2

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Oktatási Hivatal. 1 pont. A feltételek alapján felírhatók az. összevonás után az. 1 pont

10. Síkgeometria. I. Elméleti összefoglaló. Szögek, nevezetes szögpárok

1. Mit nevezünk egész számok-nak? Válaszd ki a következő számok közül az egész számokat: 3 ; 3,1 ; 1,2 ; -2 ; -0,7 ; 0 ; 1500

A TERMÉSZETES SZÁMOK

Haladók III. kategória 2. (dönt ) forduló

XXIII. Vályi Gyula Emlékverseny május 13. V. osztály

Elemi matematika szakkör

: 1 4 : 1 1 A ) B ) C ) D ) 93

Németh László Matematikaverseny, Hódmezővásárhely április 8. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2012/2013-as tanév 1. forduló haladók III. kategória

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Ramsey-féle problémák

Gyakorló feladatok. 2. Matematikai indukcióval bizonyítsuk be, hogy n N : 5 2 4n n (n + 1) 2 n (n + 1) (2n + 1) 6

(d) a = 5; c b = 16 3 (e) b = 13; c b = 12 (f) c a = 2; c b = 5. Számítsuk ki minden esteben a háromszög kerületét és területét.

8. Geometria = =

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

1. feladat Bizonyítsuk be, hogy egy ABCD húrnégyszögben AC BD

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

1. Az ábrán látható táblázat minden kis négyzete 1 cm oldalhosszúságú. A kis négyzetek határvonalait akarjuk lefedni. Meg lehet-e ezt tenni

Koordinátageometria Megoldások

5. előadás. Skaláris szorzás

1. Mit nevezünk egész számok-nak? Válaszd ki a következő számok közül az egész számokat: 3 ; 3,1 ; 1,2 ; -2 ; -0,7 ; 0 ; 1500

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény

Bartha Gábor feladatjavaslatai az Arany Dániel Matematika Versenyre

Geometria 1 normál szint

ARCHIMEDES MATEMATIKA VERSENY

Oktatási Hivatal. A döntő feladatai. 1. Feladat Egy kifejezést a következő képlettel definiálunk: ahol [ 2008;2008]

Egybevágóság szerkesztések

Geometria 1 normál szint

Bolyai János Matematikai Társulat. 1. Az a és b valós számra a 2 + b 2 = 1 teljesül, ahol ab 0. Határozzuk meg az. szorzat minimumát. Megoldás.

Témák: geometria, kombinatorika és valósuínűségszámítás

8. feladatsor. Kisérettségi feladatsorok matematikából. 8. feladatsor. I. rész

Síkgeometria. Ponthalmazok

Geometriai feladatok, 9. évfolyam

, D(-1; 1). A B csúcs koordinátáit az y = + -. A trapéz BD

Csima Judit BME, VIK, november 9. és 16.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

A középponti és a kerületi szögek összefüggéséről szaktanároknak

Átírás:

SZTE Bolyai Intézet, Geometria Tanszék 2010. április 24.

Motiváció Jól ismert a kerületi szögek tétele, vagy más megfogalmazásban a látókörív tétel.

Motiváció A tételből a következő állítás adódik:

Motiváció A tételből a következő állítás adódik: Definíció Jelöljük azon háromszögek halamzát, amelyeknek egységnyi oldalukkal szemben γ szög van H γ -val, H γ = {ABC c = 1 és C = γ}.

Motiváció A tételből a következő állítás adódik: Definíció Jelöljük azon háromszögek halamzát, amelyeknek egységnyi oldalukkal szemben γ szög van H γ -val, H γ = {ABC c = 1 és C = γ}. Állítás Minden H H γ háromszög lefedhető egy 1/(2 sin γ) sugarú körrel.

Motiváció Állítás Minden H H γ háromszög lefedhető egy 1/(2 sin γ) sugarú körrel. Magyarázat:

Motiváció Állítás Minden H H γ háromszög lefedhető egy 1/(2 sin γ) sugarú körrel. Magyarázat: Definíció = sin γ = AE AD = 1/2 R

Problémafelvetés Kérdés Mit mondhatunk akkor, ha nem egy, hanem két kört használunk? Pontosabban: határozzuk meg azt a legkisebb R γ sugarat, amire teljesül, hogy kettő R γ sugarú körrel minden H γ -beli háromszög lefedhető!

Problémafelvetés Kérdés Mit mondhatunk akkor, ha nem egy, hanem két kört használunk? Pontosabban: határozzuk meg azt a legkisebb R γ sugarat, amire teljesül, hogy kettő R γ sugarú körrel minden H γ -beli háromszög lefedhető! Kérdés Speciálisan: igazoljuk, hogy két 1/2 sugarú körrel minden olyan háromszög lefedhető, amelynek egyik oldala egységnyi, és ezzel az oldallal szemben 45 -os szög van! (Arany Dániel Matematikaverseny, 1999.)

Értsük meg a problémát Háromszögek egy családjának minden elemét akarjuk lefedni minimális sugarú körpárral. Értelmes a kérdés? Mindig lefedhető a család minden eleme két körrel? Van minimális?

Értsük meg a problémát Háromszögek egy családjának minden elemét akarjuk lefedni minimális sugarú körpárral. Értelmes a kérdés? Mindig lefedhető a család minden eleme két körrel? Van minimális? Világos, hogy R γ 1 2 sin γ. Másrészt R γ 1 4. A minimális sugár létezése ezek alapján legalábbis hihető.

Értsük meg a problémát Háromszögek egy családjának minden elemét akarjuk lefedni minimális sugarú körpárral. Értelmes a kérdés? Mindig lefedhető a család minden eleme két körrel? Van minimális? Világos, hogy R γ 1 2 sin γ. Másrészt R γ 1 4. A minimális sugár létezése ezek alapján legalábbis hihető. R γ meghatározásához két dolgot kell ellenőriznünk: valóban minden elemet le lehet fedni ekkora sugarú körökkel, legalább egy háromszöghöz kellenek is ekkora körök.

A megoldás vázlata A megoldás során négy különböző esetet célszerű tárgyalni: (1) γ < 45, (2) 45 γ < 60, (3) 60 γ 90, (4) 90 < γ.

A megoldás vázlata A megoldás során négy különböző esetet célszerű tárgyalni: (1) γ < 45, (2) 45 γ < 60, (3) 60 γ 90, (4) 90 < γ. Jegyezzük újra meg, hogy a teljes megoldáshoz az eddig elmondottak szerint összesen 8 lépést kell ellenőriznünk.

A megoldás vázlata A megoldás során négy különböző esetet célszerű tárgyalni: (1) γ < 45, (2) 45 γ < 60, (3) 60 γ 90, (4) 90 < γ. Jegyezzük újra meg, hogy a teljes megoldáshoz az eddig elmondottak szerint összesen 8 lépést kell ellenőriznünk. Előrebocsájtjuk, hogy mindig a γ szárszögű egyenlőszárú háromszög lesz az, amivel alsó becslést adunk R γ -ra.

Észrevétel A skatulya-elv miatt van olyan kör, ami a háromszög legalább két csúcsát lefedi. Ebből a következő hasznos állítás adódik. Állítás (A legrövidebb oldal korlát) Ha egy háromszöget két egyforma sugarú körrel lefedünk, akkor a körök átmérője legalább akkora, mint a háromszög (egyik) legrövidebb oldala.

Észrevétel A skatulya-elv miatt van olyan kör, ami a háromszög legalább két csúcsát lefedi. Ebből a következő hasznos állítás adódik. Állítás (A legrövidebb oldal korlát) Ha egy háromszöget két egyforma sugarú körrel lefedünk, akkor a körök átmérője legalább akkora, mint a háromszög (egyik) legrövidebb oldala. Ezt az állítást H γ egy speciális elemére alkalmazva alsó korlátot kapunk R γ -ra.

A tompaszögű eset (γ > 90 ) Először megoldjuk a (4)-es alesetet, vagyis ha γ > 90. Ehhez számítsuk ki először a γ szárszögű egyenlőszárú háromszög szárának hosszát.

A tompaszögű eset (γ > 90 ) Először megoldjuk a (4)-es alesetet, vagyis ha γ > 90. Ehhez számítsuk ki először a γ szárszögű egyenlőszárú háromszög szárának hosszát. Az ábráról leolvasható, hogy BC = 1 2 sin γ. Innen adódik a 2 legrövidebb oldal korlát miatt, hogy R γ 1 4 sin γ. 2

A tompaszögű eset (γ > 90 ) 1 Másrészt két 4 sin γ sugarú körrel valóban bármelyik H γ -beli 2 háromszög lefedhető.

A tompaszögű eset (γ > 90 ) 1 Másrészt két 4 sin γ sugarú körrel valóban bármelyik H γ -beli 2 háromszög lefedhető. Ehhez tekintsük a következő ábrát: Itt AFB γ és így BF 1 2 sin γ. 2

A tompaszögű eset (γ > 90 ) Így az AF és BF szakaszok fölé rajzolt Thalész-körök sugara 1 legfeljebb 4 sin γ, és ketten együtt lefedik a háromszöget. 2 Az eddigiekből következik, hogy γ > 90 esetén R γ = 1 4 sin γ. 2

Hegyesszög kontra tompaszög Most megmutatjuk, hogy γ 90 esetben elegendő nem tompaszögű háromszögekre szorítkozni. Ez hasznos lesz a további elemzés rövidítéséhez, mivel majd a magasságpontot használni fogjuk.

Hegyesszög kontra tompaszög Most megmutatjuk, hogy γ 90 esetben elegendő nem tompaszögű háromszögekre szorítkozni. Ez hasznos lesz a további elemzés rövidítéséhez, mivel majd a magasságpontot használni fogjuk. Vegyük észre, hogy ha 1 2, akkor a 2 -t fedő körök világos módon fedik 1 -t is, másrészt 2 fedéséhez legalább akkor körök kellenek, mint 1 -hez. Ezért ha 1, 2 H γ, és 1 2, akkor R γ meghatározása szempontjából 1 irreleváns, figyelmen kívül hagyható.

Hegyesszög kontra tompaszög Állítás Ha γ < 90 és 1 H γ háromszög tompaszögű, akkor létezik 2 H γ hegyesszögű háromszög, hogy 1 2.

Hegyesszög kontra tompaszög Állítás Ha γ < 90 és 1 H γ háromszög tompaszögű, akkor létezik 2 H γ hegyesszögű háromszög, hogy 1 2. Bizonyítás: Legyen β > 90, az ábra szerint. Az AB C H γ, szögei γ, 180 β és β γ. A tompaszög γ-val csökkent. Addig ismételjük, amíg hegyeszögű lesz.

Egy hasznos lemma Állítás Az ABC hegyesszögű háromszögben a C csúcsnál levő γ szöggel szemben fekvő oldal egységnyi, M a magasságpont. Ekkor CM = 1 tan γ.

Egy hasznos lemma Állítás Az ABC hegyesszögű háromszögben a C csúcsnál levő γ szöggel szemben fekvő oldal egységnyi, M a magasságpont. Ekkor Bizonyítás: CM = 1 tan γ. CE CM = AE 1, CM = CE AE = 1 tan γ.

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Rátérhetünk a (2)-es esetre, amikor 45 γ < 60. (Ez az eset tartalmazza az Arany Dániel feladat megoldását.)

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Rátérhetünk a (2)-es esetre, amikor 45 γ < 60. (Ez az eset tartalmazza az Arany Dániel feladat megoldását.) Először is jegyezzük meg, hogy γ szászögű egyenlőszárú háromszög legkisebb szöge γ, így a vele szemben fekvő egységnyi oldala a legrövidebb oldala. Ebből következik a legrövidebb oldal korlát miatt, hogy R γ 1/2.

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Rátérhetünk a (2)-es esetre, amikor 45 γ < 60. (Ez az eset tartalmazza az Arany Dániel feladat megoldását.) Először is jegyezzük meg, hogy γ szászögű egyenlőszárú háromszög legkisebb szöge γ, így a vele szemben fekvő egységnyi oldala a legrövidebb oldala. Ebből következik a legrövidebb oldal korlát miatt, hogy R γ 1/2. Vegyük észre, hogy tan 45 = 1, és így tan γ 1, ha 45 γ < 60. Ezt beírva az előző lemmánkba nyerjük, hogy CM = 1 tan γ < 1.

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Így az AB és CM szakaszok Thalész-körei lefednek tetszőleges H γ -beli háromszöget, ha 45 γ < 60.

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Az eddigiekből következik, hogy R γ = 1/2 minden 45 γ < 60 esetén! Vegyük továbbá azt is észre, hogy ezek a háromszögek nem fedhetők le gazdaságosan két egyforma sugarú körrel, a fedések mindig lötyögnek. Ennek szemléletes oka, hogy a vizsgált háromszögek kövérek.

Kövér háromszögek (45 γ < 60 ) Az eddigiekből következik, hogy R γ = 1/2 minden 45 γ < 60 esetén! Vegyük továbbá azt is észre, hogy ezek a háromszögek nem fedhetők le gazdaságosan két egyforma sugarú körrel, a fedések mindig lötyögnek. Ennek szemléletes oka, hogy a vizsgált háromszögek kövérek. Térjünk rá (1)-es esetre, vagyis amikor γ < 45!

A γ < 45 esetről

A γ < 45 esetről

A γ < 45 esetről AO 2 D = 2γ = AO 2 = 1 2 sin 2γ

A γ < 45 esetről Ezekből látszik, hogy minden H γ -beli háromszög lefedhető két sugarú körrel. 1 2 sin 2γ

A γ < 45 esetről Ezekből látszik, hogy minden H γ -beli háromszög lefedhető két sugarú körrel. 1 2 sin 2γ Annak a precíz bizonyítása, hogy ekkora sugár kell is egy kicsit nehezebb. (Itt is az egyenlőszárú háromszögre érdemes végiggondolni, de megjegyezzük, hogy az előzőekből úgy tűnik, hogy minden hegyesszögű háromszöghöz legalább ekkora kell.) Kapjuk, hogy R γ = 1 2 sin 2γ, ha γ < 45.

Az eredmény A 60 γ 90 eset megoldása kijön az eddigiekből és a sinus-tételből. Az alsó becsléshez használhatjuk a legrövidebb oldal korlátot az egyenlőszárú háromszögre.

Az eredmény A 60 γ 90 eset megoldása kijön az eddigiekből és a sinus-tételből. Az alsó becsléshez használhatjuk a legrövidebb oldal korlátot az egyenlőszárú háromszögre. Összefoglalva: R γ = 1 2 sin 2γ, ha γ < 45 1 2, ha 45 γ < 60 1 4 sin γ 2, ha 60 γ

Hogyan tovább? Oldjuk meg a nyitva hagyott kérdéseket, tegyük teljessé a megoldást!

Hogyan tovább? Oldjuk meg a nyitva hagyott kérdéseket, tegyük teljessé a megoldást! Nehezíthetünk a problémán úgy, hogy lényegében minden háromszögre külön tesszük fel a kérdést. Célszerű két szöggel jellemezni a háromszögeket, így felhasználhatjuk eddigi eredményeinket.

Hogyan tovább? Oldjuk meg a nyitva hagyott kérdéseket, tegyük teljessé a megoldást! Nehezíthetünk a problémán úgy, hogy lényegében minden háromszögre külön tesszük fel a kérdést. Célszerű két szöggel jellemezni a háromszögeket, így felhasználhatjuk eddigi eredményeinket. Mi történik, ha nem feltétlen egyforma köröket használunk, és a sugarak összegét akarjuk a lehető legkisebbé tenni? (Nehéznek tűnik.)

Hogyan tovább? Oldjuk meg a nyitva hagyott kérdéseket, tegyük teljessé a megoldást! Nehezíthetünk a problémán úgy, hogy lényegében minden háromszögre külön tesszük fel a kérdést. Célszerű két szöggel jellemezni a háromszögeket, így felhasználhatjuk eddigi eredményeinket. Mi történik, ha nem feltétlen egyforma köröket használunk, és a sugarak összegét akarjuk a lehető legkisebbé tenni? (Nehéznek tűnik.) Az igazi nehézségek általában akkor kezdődnek, ha 3 alakzattal (körrel) fedünk, a területen még számtalan megoldatlan probléma van.

Köszönöm a megtisztelő figyelmet! 1 http://www.math.u-szeged.hu/~vigvik/egytavasz2010.pdf