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

Задача М1079

Условие задачи (1987, № 12) Задача М1079 // Квант. — 1987. — № 12. — Стр. 22; 1988. — № 4. — Стр. 32.

Пусть $n$‍‍— натуральное число, $n\ge3$‍.‍ Можно ли расположить на плоскости $n$‍‍ точек так, чтобы расстояние между любыми двумя выражалось иррациональным числом, а площадь треугольника с вершинами в любых трёх — рациональным числом (отличным от нуля)?

Международная математическая олимпиада школьников (1987 год)


Изображения страниц

Решение задачи (1988, № 4) Задача М1079 // Квант. — 1987. — № 12. — Стр. 22; 1988. — № 4. — Стр. 32.

Ответ: можно; искомыми точками являются, например, точки $P_i(i;i^2)$‍,$i=1$‍,‍ 2, $\ldots$‍,$n$‍,‍ т. е. точки на параболе $y=x^2$‍‍ с натуральными абсциссами.

В самом деле, $$ P_iP_j=\sqrt{(j-i)^2+(j^2-i^2)^2}=|j-i|\sqrt{1+(j+i)^2}. $$ Но число вида $1+m^2$‍‍ (у нас $m=j+i$‍)‍ не может быть квадратом рационального числа $r$‍,‍ потому что в таком случае $r$‍‍ было бы натуральным и из равенства $r^2=1+m^2$‍‍ получалось бы противоречивое неравенство: $$ 1=r^2-m^2=(r-m)(r+m)\ge r+m\gt1. $$ Таким образом, все расстояния $P_iP_j$‍‍ иррациональны.

В то же время площадь треугольника $P_iP_jP_k$‍‍ при $i\lt j\lt k$‍,‍ как видно из рисунка, равна $$ \dfrac12((k-i)(k^2-i^2)-(k-j)(k^2-i^2)-(k-i)(j^2-i^2)), $$ т. е. рациональна.

Вообще, площадь любого треугольника, вершины которого имеют целые координаты, рациональна. Это показывает, что условия задачи легко выполнимы: можно брать любой набор точек целочисленной решётки, заботясь лишь о том, чтобы расстояния между ними были иррациональны.

В. В. Вавилов


Метаданные Задача М1079 // Квант. — 1987. — № 12. — Стр. 22; 1988. — № 4. — Стр. 32.

Предмет
Математика
Решение
Номера

1987. — № 12. — Стр.  [условие]

1988. — № 4. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1079 // Квант. — 1987. — № 12. — Стр. 22; 1988. — № 4. — Стр. 32.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1079/