Tomáško miluje, keď má na stole systém a poriadok. Preto si na obede uložil lyžičku, vidličku, nožík, koreničku a soľničku postupne do bodov $L$, $V$, $N$, $K$ a $S$. Vytvoril tak z príboru rovnoramenný trojuholník $LVN$ so základňou $VN$. Body $K$ a $S$ sa nachádzali postupne na stranách $LV$ a $LN$. Všetko bolo navrhnuté tak, že osi uhlov $VKS$ a $KSN$ sa preťali v bode $M$, ktorý ležal na základni $VN$. Nakoniec umiestnil Tomáško do bodu $M$ makovničku. Dokážte, že bod $M$ sa nachádza v strede základne $VN$.
*
*
Táto úloha sa dala vyriešiť viacero spôsobmi. Napríklad aj na menej ako štyri regulérne riadky:
Uhly $KSN$ a $VKS$ sú vonkajšie uhly trojuholníka $LKS$. Priesečník ich osí je stred kružnice pripísanej tomuto trojuholníku, podľa zadania je to taktiež bod $M$. Z definície týmto bodom prechádza aj os uhla $KLS$. Táto os pretína stanu $VN$ v jej strede, keďže $LVN$ je rovnoramenný. Bod $M$ leží na tejto osi aj na strane $VN$, ich priesečníkom je stred $VN$, a teda bod $M$ leží v strede strany $VN$.
Dalo sa na to samozrejme ísť aj inak. Keď si vyjadríme a doplníme všetky vnútorné uhly, všimneme si, že trojuholníky $KVM$, $KMS$ a $SMN$ majú rovnaké vnútorné uhly, a sú si teda podobné (pre uhly konkrétne platí, že $|\sphericalangle VKM|=|\sphericalangle MKS|=|\sphericalangle SMN|$, $|\sphericalangle KVM|=|\sphericalangle KMS|=|\sphericalangle MNS|$ a $|\sphericalangle VMK|=|\sphericalangle KSM|=|\sphericalangle MSN|$). Aby to bolo zjavnejšie, môžme si spraviť obrázok len s týmito troma trojuholníkmi, kde strany medzi rovnakými uhlami označíme rovnakým písmenkom.
*
*
Teraz už si môžeme zostavovať rovnice od výmyslu sveta. Z toho, že trojuholníky sú si podobné vieme, že platí $y_3/y_2=x_3/x_2$. Keď sa pozrieme na obrázok, uvidíme, že $z_3=x_2$ a $y_2=z_1$. Tak to použijeme a dostaneme $y_3/z_1=x_3/z_3$. A už si len vyjadríme $y_3$ ako $y_3=z_1x_3/z_3$. Okej, toto si pamätáme, poďme spraviť nejakú inú rovnicu.
Napríklad $x_1/x_3=z_1/z_3$. Vyjadríme $x_1$ ako $x_1=x_3z_1/z_3$. Stačí sa pozrieť o odsek vyššie vidíme, že $x_1=y_3$. Tieto dve strany tvoria stranu $VN$, a keďže sú rovnaké, bod $M$ bude ležať v strede strany $VN$. Hotovo.
Korešpondenčný matematický seminár zastrešuje občianske združenie Trojsten.
Trojsten, o.z.
FMFI UK, Mlynská dolina
842 48 Bratislava
Intenzívny matematický zážitok v lete
Tímová matematická súťaž pre stredoškolákov
Knižnica všemožných matematických múdrostí