«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М1023

Условие задачи (1987, № 1) Задача М1023 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25—26.

Всегда ли из 100 треугольников найдётся хотя бы один такой, что его можно целиком покрыть остальными 99?

Г. А. Гуревич


Решение задачи (1987, № 5) Задача М1023 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25—26.

Ответ: не всегда. Покажем, что существует даже бесконечная последовательность треугольников $T_1$‍,$T_2$‍,$\ldots$‍,‍ ни один из которых нельзя покрыть остальными.

Эта последовательность строится по следующему принципу. Сначала определим последовательность $a_n$‍‍ длин наибольших сторон треугольников $T_n$‍‍ так, чтобы при любом наложении треугольников $T_1$‍,$T_2$‍,$\ldots$‍,$T_{n-1}$‍‍ на $T_n$‍‍ оставалась непокрытой фиксированная (не зависящая от $n$‍)‍ доля площади треугольника $T_n$‍,‍ — это можно обеспечить выбором $a_n$‍,‍ достаточно большого по сравнению с $a_1$‍,$\ldots$‍,$a_{n-1}$‍.‍ Затем надо подобрать последовательность площадей $S_n$‍‍ треугольников $T_n$‍‍ так, чтобы суммарная площадь треугольников $T_{n+1}$‍,$T_{n+2}$‍,$\ldots$‍‍ была меньше площади непокрытой части треугольника $T_n$‍,‍ — этого можно добиться за счёт достаточно быстрого убывания последовательности площадей.

Приведём пример одной из таких последовательностей треугольников. Пусть $T_1$‍‍ — правильный треугольник со стороной $a_1=1$‍;$T_n$‍‍ при $n\gt1$‍‍ — равнобедренный треугольник с основанием $a_n=4^{n-1}$‍‍ и площадью $S_n=\dfrac{S_1}{4^{n-1}}$‍,‍ где $S_1=\dfrac{\sqrt{3}}{4}$‍‍ — площадь треугольника $T_1$‍‍ (высота $h_n$‍‍ треугольника $T_n$‍‍ равна $\dfrac{2S_n}{a_n}=\dfrac{2\sqrt{3}}{4^{2n-1}}$‍).‍ Рассмотрим треугольники $T_1$‍,$T_2$‍,$\ldots$‍,$T_{n}$‍.‍ Каждый из треугольников $T_i$‍,$1\le i\le n-1$‍,‍ помещается в полосе ширины не больше $a_i$‍,‍ перпендикулярной основанию треугольника $T_n$‍‍ (см. рисунок). Площадь, покрываемая этой полосой в $T_n$‍,‍ меньше $a_i\cdot h_n$‍,‍ поэтому суммарная площадь, покрываемая треугольниками $T_1$‍,$\ldots$‍,$T_{n-1}$‍‍ в $T_n$‍,‍ меньше $(a_1+a_2+\ldots+a_{n-1})\cdot h_n$‍‍ (эта оценка очень грубая, но её нам вполне хватит). Поскольку $$ a_1+a_2+\ldots+a_{n-1}=\frac{1}{3}\cdot(4^{n-1}-1)\lt\dfrac13\cdot a_n, $$ покрытая площадь треугольника $T_n$‍‍ меньше $\dfrac{a_n\cdot h_n}{3}=\dfrac{2S_n}{3}$‍,‍ а значит, больше трети площади $T_n$‍‍ остаётся непокрытой. В то же время $$ S_{n+1}+S_{n+2}+\ldots=S_1\cdot\left(\dfrac{1}{4^n}+\dfrac{1}{4^{n+1}}+\ldots\right)=\dfrac{S_1}{4^n(1-1/4)}=\dfrac{1}{3}\cdot\dfrac{S_1}{4^{n-1}}=\dfrac{1}{3}\cdot S_n. $$ Следовательно, треугольниками $T_1$‍,$\ldots$‍,$T_{n-1}$‍,$T_{n+1}$‍,$T_{n+2}$‍,$\ldots$‍‍ нельзя покрыть весь треугольник $T_n$‍.

Рисунок номер ...

Г. А. Гуревич


Метаданные Задача М1023 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25—26.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1987. — № 1. — Стр.  [условие]

1987. — № 5. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1023 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25‍—‍26.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1023/