Решения задач М301— М303
51
в прямом направлении равно нулю, а в обратном — бесконечно велико).
(9—10 кл.)
Рис. 2.
Ф351. При слабом ударе футбольного мяча о стенку он деформируется, как показано на рисунке 3. При этом деформация мяча много меньше его радиуса, и можно с хорошим приближением считать, что давление воздейства в мяче в процессе удара не меняется.
Пренебрегая упругостью покрышки, оценить время соударения мяча со стенкой. Провести числовой расчет для случая, когда масса мяча кг, давление в нем атм и радиус см. (10 кл.)
Рис. 3.
Ф352. Для регулярования напряжения на нагрузке собранна схема, показанная на рисунке 4. Сопротивления нагрузки и регуляровочного резистора равны . Нагрузка подключена к поливине резистора. Наряжение на входе цепи увеливается вдвое. Как изменить положение движения резистора для того, чтобы напряжение на нагрузке осталось прежним? (8 кл.)
Рис. 4.
Решения задач
M301—M303
M301. На плоскости заданы 2n мочек — n синих и n красных, причем никакие три мочки не лежат на одной прямой. Доказите, что можно проверить n отрезков мак, что у каждой отрезка один конец лежит в красной мочке, другой — в синей мочке, и никакие два отрезка не имеют общих мочек.
Назовем системой вскрытие отрезков, таких, что у каждой отрезка один конец лежит в красной мочке, другой — в синей мочке, и никакие два отрезка не выходят из одной точки. Чтобы построить систему, надо как-нибудь разбить наши 2n точек на пар — по одной красной и одной синей в каждой паре — и соединить точки каждой пары отрезком.
Надо найти систему, отрезки которой не имеют друг с другой обших точек. Доказем, что годится система, для которой сумма длины отрезков — минимальная из всех возможных (для данных 2n точек). Действительно, пусть у нас есть такая система с минимальной суммой длины отрезка-
52
ков. Докажем, что все ее отрезки не имеют общих точек. Допустим противное: пусть два ее отрезка и имеют общую точку — красные, — синные точки, рис. 1). Докажем, что тогда сумма длины отрезков этой системы может быть уменьшена.
По условию нижкие три из точки не лежат на одной прямой. Тогда точки — вершины выпуклого четырехугольника. Разумеется, сумма длины двух его противоположных сторон меньше суммы длины диагоналей, например, (см. рис. 1).
Заменив в нашей системе отрезки и отрезками и , мы уменьшим сумму длины отрезков, что противоречит предположению.
Приведем другое решение задачи, предложенное ее автором C. Охимным (Оренбург), а также несколькими читателями.
Докажем сначала такую лемму:
для любого множества синхии и красных точек, о котором говорится в условиям, можно проверить прямую 马克, что в каждой из полуплоскостей, на котором лазьваем плоскость, лежит поровну синхии и красных точек, причем не все точек лежат в одной полуплоскости и нижкая из них не принадлежит .
Рассмотрим выпуклую оболочку множества из наших точек: наименьший содержащий их выпуклый многоугольник. Несколько из этих точек служат его вершинами. Разберем два случая.
a) Среди вершин есть и красные, и синные точки. В этом случае найдет две соседние вершины разных цветов: и . Проведем прямую параллельно отрезку так, чтобы все остальные точки лежали по другую сторону от . Это и есть нужная прямая (рис. 2).
b) Все вершины — одного цвета, скажем, синero. Выберем какое-то направление так, чтобы никакая прямая этого направления не проходила через точки нашего множества. Можно считать, что это направление — вертикальное (рис. 3). Будем dvгать равномерно вертикальное прямую (слева направо) и отметим те моменты времени , когда она будет проходить точки нашего множества. Обозначим через разность между количеством синхии и красных точек влевой полуплоскости нашей прямой в момент времени . На каждом отрезке, на которых точки разбиются ось , функция построена, в частиности, при (слева от прямой — одна синяя точка и 0 красных), при , и при каждом перехождение через меняется на ед и ни цу. Ясно, что на каком-то отрезке значение должно равняться 0.
Любую вертикальную прямую, соответствующую моменту времени между и , можно взять в качестве . Лемма доказана.
Теперь утверждение задачи легко доказать индукцией по . Для (данные точки — синяя и красная) оно очевидно. Предположим, что для всех множества из точек ( синих и красных), где , утверждение справедливо. Тогда оно справедливо и для множества из точек: пользоваться леммой, мы можем разбить такое множество на два, к каждому из которых применимо предположение индукции. Отрезки, лежащие в одной и другой полуплоскости, разумеется, не будут пересекаться.
A. Л. Тоом, Н. Б. Васильев
53
М302. Пусть — точка пересечения диагоналей границы (()||(CD)), и — точки, симметричные точки и относительно биссектори узла . Доказим, что (рис. 4).
Рис. 4.
М303. Прямоугольник разрезан на квадраты , и в некоторых 30 вершинках квадратов помещены одинаковые сирвы. Доказим, что можно выбрать две непересекающие группы сирек — не более чем по 10 в каждой — так, что их центры мяжести совпадают.
Поскольку — трапеця, то .
Обозначим это отношение через . Пусть — композиция двух преобразований: симметрини относительно биссекtrисы угла и горотетни (подобного преобразования) с центром и коэффициентом . Нетрудно видеть, что
т. е.
позному .
План другого решения: поскольку , то ,
и точки и лежат на одной окружности.
Введем систему координат так, чтобы вершины прямого лыжника получили координаты . Если какие-то 10 гирек находятся в точках , то координаты их центра тягестки .
Таким образом, координаты центра тягестки любых 10 гирек, расположенных в «целых точках» прямого лыжника — в вершинах квадратов построенной сетки,— обязательно имеют вид , где и — целые числа, причем и . Точек такого вида существует.
(1)
С другой стороны, 10 гирек из данных 30 можно выбрать
способами *). Поскольку (1) меньше (2), центры тягестки каких-то двух различных групп по 10 гирек должны попасть в одну точку.
Задча была бы уже решена, если бы в условиях не требовалось, чтобы группы гирек были непересекающими, чтобы тягестки , составляли их гиреп из и гирек, и делит этот отрезок в относительной . Поскольку центры тягестки для той и другой групп по 10 гирек совпадают, то центры тягестки обих гиреп по гирек также совпадают.
Н. Б. Васильев
*) См. статью Н. Я. Виленкина «Комбинаторика» в «Кванте», 1971, № 1, или учебник для 9-го класса Б. Е. Вейцца и И. Т. Демидова, гл. I.