Задача
а) На плоскости даны четыре выпуклые фигуры, причем любые три из них имеют общую точку. Докажите, что тогда и все они имеют общую точку. б) На плоскости дано nвыпуклых фигур, причем любые три из них имеют общую точку. Докажите, что все nфигур имеют общую точку (теорема Хелли).
Решение
а) Обозначим данные фигуры через M1,M2,M3и M4. Пусть Ai — точка пересечения всех фигур, кроме Mi. Возможны два варианта расположения точек Ai.
- Одна из точек, например A4, лежит внутри треугольника, образованного остальными точками. Так как точкиA1,A2,A3принадлежат выпуклой фигуре M4, то и все точки треугольникаA1A2A3принадлежат M4. Поэтому точка A4принадлежит M4, а остальным фигурам она принадлежит по своему определению. 2.A1A2A3A4 — выпуклый четырехугольник. Пусть C — точка пересечения диагоналейA1A3и A2A4. Докажем, что точка Cпринадлежит всем данным фигурам. Обе точки A1и A3принадлежат фигурам M2и M4, поэтому отрезокA1A3принадлежит этим фигурам. Аналогично отрезокA2A4принадлежит фигурам M1и M3. Следовательно, точка пересечения отрезковA1A3и A2A4принадлежит всем данным фигурам. б) Доказательство проведем индукцией по числу фигур. Дляn= 4 утверждение доказано в предыдущей задаче. Докажем, что если утверждение верно дляn$\ge$4 фигур, то оно верно и дляn+ 1 фигуры. Пусть даны выпуклые фигуры$\Phi_{1}^{}$,...,$\Phi_{n}^{}$,$\Phi_{n+1}^{}$, каждые три из которых имеют общую точку. Рассмотрим вместо них фигуры$\Phi_{1}^{}$,...,$\Phi_{n-1}^{}$,$\Phi_{n}{^\prime}$, где $\Phi_{n}{^\prime}$является пересечением $\Phi_{n}^{}$и $\Phi_{n+1}^{}$. Ясно, что фигура $\Phi_{n}{^\prime}$тоже выпукла. Докажем, что любые три из новых фигур имеют общую точку. Сомнение в этом может возникнуть только для тройки фигур, содержащей $\Phi_{n}{^\prime}$, но из предыдущей задачи следует, что фигуры $\Phi_{i}^{}$,$\Phi_{j}^{}$,$\Phi_{n}^{}$и $\Phi_{n+1}^{}$всегда имеют общую точку. Следовательно, по предположению индукции$\Phi_{1}^{}$,...,$\Phi_{n-1}^{}$,$\Phi_{n}{^\prime}$имеют общую точку, т. е.$\Phi_{1}^{}$,...,$\Phi_{n}^{}$,$\Phi_{n+1}^{}$имеют общую точку.
Ответ
Ответ задачи отсутствует
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь
Комментариев нет