Квант

Условие

В паралелограмм P1P_1 высан паралелограмм P2P_2, в котором в свою очередь высан паралелограмм P3P_3, причем стороны P3P_3 паралелыми сторонам P1P_1. Докажите, что хотя одна сторона паралелограмма P3P_3 по длине не меньше половины паралелной ей стороны P1P_1.

А. А. Григорян

Решение

** В параллелограмм P1P_1 висан параллелограмм P2P_2, в котором в свою очередь висан параллелограмм P3P_3, причем стороны P3P_3 параллельны сторонам P1P_1. Доказим, что хотя бы одна сторона параллелограмма P3P_3 по длине не меньше половины параллельной ей стороны P1P_1.

Пусть неокоторая бактерия, у которой NN потокков среды 1000 бактерии, разделилась на две, у которых соответствен N′N' и N′′N'' потокков. Тогда N=N′+N′′N = N' + N'', и поэтому одно из чисел N′N' и N′′N'' не меньше N/2N/2.

Рассмотрим последовательность бактерии A1,A2,A3,…,AmA_1, A_2, A_3, \ldots, A_m, где A1A_1 — самая первая бактерия, Ak+1A_{k+1} (для k=1,2,…,m−1k = 1, 2, \ldots, m-1) — та из двух бактерии, возникших при делении AkA_k, у которой не меньше потоков, чем у ее сестры, и AmA_m — одна из 1000 бактерии, которые получились в конце. Пусть AkA_k имеет NkN_k потокков. Тогда последовательность
N1=1000,N2,N3,…,Nm−1,Nm=1N_1 = 1000, N_2, N_3, \ldots, N_{m-1}, N_m = 1
убываются, но каждый член в ней не меньше половины предыдущего: Nk>Nk+1≥Nk/2N_k > N_{k+1} \geq N_k/2. (На рисунке 1, изображаемшем процесс деления бактерии в виде «генеалогического дерева», показана цепочка бактерии A1,A2,…,AmA_1, A_2, \ldots, A_m; здесь N1=16,N2=9,N3=5,N4=3,N5=2,N6=1N_1 = 16, N_2 = 9, N_3 = 5, N_4 = 3, N_5 = 2, N_6 = 1.) Если выбрать jj так, что Nj−1≥668N_{j-1} \geq 668, а Nj<668N_j < 668, то получим 334≤Nj≤667334 \leq N_j \leq 667, то есть бактерия AjA_j будет удовлетворять заданному условию.

Точно так же можно доказать, что если в конце получилось MM бактерии, то для любого натурального cc найдется бактерия, число помtokов которой NN удовлетворяет условием c≤N<2cc \leq N < 2c.

Н. Б. Васильев

Заметим прежде всего, что если параллелограмм ABCDABCD висан в параллелограмм KLMNKLMN (см. рис. 2), то они имеют общий центр симметрики OO. Это следует из того, что при симметринии относительно OO параллелограмм KLMNKLMN переходит в себя, а сторона ABAB параллелограмма ABCDABCD переходит

*) Решение задачи M310 содержится в статье Г. А. Гуревича и «Бесповторные последовательности («Квант», 1975, № 9).

43

в равный по длине и паралельный отрезок с концами на соответствующих сторонах паралелографма KLMN, то есть в отрезок CD.

Поэтому у паралелографмов P1,P2P_1, P_2 и P3P_3 — общий центр симметрии. Из этого получаем, что четыре закрашенных паралелографма, расположенных в углах K,L,MK, L, M и NN, конгруэнтны; обозначим длины их сторон соответственно через xx и yy.

Пусть aa и bb — длины сторона паралелографма P3P_3. Тогда длины сторона паралелографма P1P_1 равны (a+2x)(a + 2x) и (b+2y)(b + 2y). Нам нужно доказать, что либо a≥a+2x2a \geq \frac{a + 2x}{2}, либо b≥b+2y2b \geq \frac{b + 2y}{2}, то есть, что либо a≥2xa \geq 2x, либо b≥2yb \geq 2y. Это будет так, если мы доказем такое неравенство: ab≥4xyab \geq 4xy.

Рассмотрим паралелографм, три вершины которого — точки A,LA, L и BB. Поскольку диагональ ABAB делит его и угловые паралелографмы — левый нижний и правый верхний — на конгруэнтные треугольники, то площади паралелографмов, закрашенных на рисунке 2 снимм, равны. Точно так же равны площади паралелографмов, закрашенных желтым, красным и зеленьим: все закрашенные паралелографмы равновелики. Очевидно (см. рис.ок), что суммарная площадь закрашенных паралелографмов не превышает площади паралелографма P3P_3. Но площадь одного закрашенного паралелографма равна xy⋅sin⁡αxy \cdot \sin \alpha, а площадь паралелографма P3P_3 равна ab⋅sin⁡αab \cdot \sin \alpha; значит,

ab≥4xy,ab \geq 4xy,

что и требовалось.

И. Н. Клумова