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

Задача М1172

Условие задачи (1989, № 7) Задача М1172 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 24.

Какой наибольший угол могут составлять между собой отрезки $OA$‍‍ и $OB$‍,‍ выходящие из начала $O$‍‍ прямоугольной системы координат в пространстве, если точка $A$‍‍ имеет координаты $(x, y, z)$‍,‍ а точка $B$‍‍ — координаты $(y, z, x)$‍?

С. Н. Бычков


Изображения страниц

Решение задачи (1989, № 12) Задача М1172 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 24.

Ответ:$120^\circ$‍.‍ В самом коротком доказательстве используется скалярное произведение векторов $\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OB}$‍:‍ $$\begin{gather*} \cos\angle{AOB}=\dfrac{\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OB}}{OA\cdot OB}=\dfrac{xy+yz+zx}{x^2+y^2+z^2}=\\ =\dfrac12\cdot\dfrac{(x+y+z)^2}{x^2+y^2+z^2}-\dfrac12\ge-\dfrac{1}{2}=\cos120^\circ. \end{gather*}$$ Следовательно, $\angle{AOB}\le120^\circ$‍,‍ причём равенство достигается для точек $A$‍,‍ лежащих в плоскости $x+y+z=0$‍.

Можно доказать это неравенство и геометрически, заметив, что преобразование пространства, переводящее точку $A(x, y, z)$‍‍ в $B(y,z,x)$‍‍ есть поворот на $120^\circ$‍‍ вокруг прямой $x=y=z$‍.‍ Отсюда сразу следует, что угол $AOB$‍‍ не превосходит угла поворота (см. рисунок) и равен ему только когда отрезок $OA$‍‍ перпендикулярен оси поворота.

Рисунок

С. Н. Бычков


Метаданные Задача М1172 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 24.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1989. — № 7. — Стр.  [условие]

1989. — № 12. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1172 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 24.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1172/