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

Задача М133

Условие задачи (1972, № 3) Задача М133 // Квант. — 1972. — № 3. — Стр. 38—39; 1972. — № 11. — Стр. 46—47.

Один из простейших многоклеточных организмов — водоросль «вольвокс» — представляет собой сферическую оболочку, сложенную, в основном, семиугольными, шестиугольными и пятиугольными клетками (т. е. клетками, имеющими семь, шесть или пять соседних) в каждой «вершине» сходятся три клетки (рис. 3). Бывают экземпляры, у которых есть и четырёхугольные, и восьмиугольные клетки, но биологи заметили, что если таких «нестандартных» клеток (менее чем с пятью и более чем с семью сторонами) нет, то пятиугольных клеток всегда ровно на 12 больше, чем семиугольных (всего клеток может быть несколько сотен и даже тысяч). Не можете ли вы объяснить этот факт?

Рис. 3
Рис. 3

В. Маресин


Решение задачи (1972, № 11) Задача М133 // Квант. — 1972. — № 3. — Стр. 38—39; 1972. — № 11. — Стр. 46—47.

Утверждение задачи следует из формулы Эйлера. (О формуле Эйлера смотрите «Квант» № 4, 1972, стр. 31 или Курант и Роббинс «Что такое математика?», M.: Просвещение, 1967.) Действительно, обозначим число вершин вольвокса через $B$‍,‍ число ребер — через $P$‍,‍ а число граней с $i$‍‍ вершинами — через $\mathit\Gamma_i$‍.‍ Тогда по формуле Эйлера $$ 2=B-P+\textstyle\sum\mathit\Gamma_i. $$ Ho $3B=\sum i\mathit\Gamma_i$‍,‍ поскольку, по условию, в каждой вершине сходятся три грани, а $2P=\sum i\mathit\Gamma_i$‍‍ — к каждому ребру примыкают две грани. Следовательно, $$ \textstyle12=6B-6P+6\sum\mathit\Gamma_i= \sum2i\mathit\Gamma_i-\sum3i\mathit\Gamma_i+\sum6\mathit\Gamma_i= \sum{}(6-i)\mathit\Gamma_i. $$ По условию, нестандартных граней нет, т. е. $\mathit\Gamma_3=\mathit\Gamma_4=\mathit\Gamma_8=\mathit\Gamma_9=\ldots=0$‍.‍ Поэтому $\mathit\Gamma_5-\mathit\Gamma_7=12$‍‍ — в замечательном соответствии с наблюдениями биологов.

Л. Г. Лиманов


Метаданные Задача М133 // Квант. — 1972. — № 3. — Стр. 38—39; 1972. — № 11. — Стр. 46—47.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1972. — № 3. — Стр.  [условие]

1972. — № 11. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М133 // Квант. — 1972. — № 3. — Стр. 38‍—‍39; 1972. — № 11. — Стр. 46‍—‍47.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m133/