Задача
На поверхности сферической планеты расположены четыре материка, отделённые друг от друга океаном. Назовем точку океана особой, если для нее найдутся не менее трёх ближайших (находящихся от нее на равных расстояниях) точек суши, причём все на разных материках. Какое наибольшее число особых точек может быть на этой планете?
Решение
Если материки представляют собой вершины правильного тетраэдра, вписанного в сферу, то особых точек ровно четыре – это концы радиусов, проведённых из центра сферы через центры граней тетраэдра.
Покажем, что пяти и более особых точек не может быть ни при каком расположении четырёх материков. Пусть A – особая точка, r – расстояние от A до ближайших к ней точек суши (не менее трёх из которых по условию лежат на разных материках). Точки океана, удалённые от точки A менее чем на r, образуют сферическую "шапочку" H(A). При этом сферические дуги AX и BY, идущие от разных особых точек A и B к каким-то ближайшим к ним точкам суши X и Y соответственно, могут пересекаться только по концевым точкам, то есть в случае X = Y. Действительно, пусть дуги AX и BY пересекаются в точке O и OY ≤ OX. Тогда AY < AO + OY ≤ AO + OX = AX. Это противоречит тому, что X – ближайшая к A точка суши.
Пусть есть пять особых точек A1, ..., A5. Тогда у каждой из них есть меньшая сферическая "шапочка" H'(Ai), не пересекающаяся ни с какой сферической дугой AjX, где j ≠ i и X – точка суши, ближайшая к Aj (см. рис.). Можно считать, что "шапочки" H'(Ai) попарно не пересекаются и не касаются.

Ответ
4 особые точки.
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь