Задача
Можно ли отметить k вершин правильного 14-угольника так, что каждый четырёхугольник с вершинами в отмеченных точках, имеющий две параллельные стороны, является прямоугольником, если: а) k = 6; б) k ≥ 7?
Решение
а) Пусть A1A2...A14 – правильный 14-угольник (см. рис.). Отметим шесть его вершин: A1, A2, A4, A8, A9, A11. Ясно, что если некоторые два отрезка с концами в вершинах этого многоугольника параллельны, то между ними с двух сторон лежит равное число сторон 14-угольника. Из отрезков с концами в отмеченных шести вершинах этим свойством обладают только пары отрезков A1A2 и A8A9, A2A4 и A9A11, A1A4 и A8A11, A4A8 и A1A11, A4A9 и A2A11, A1A9 и A2A8. Перечисленные пары отрезков являются сторонами трёх параллелограммов, вписанных в окружность, то есть прямоугольников.

Пусть теперь для каждого из 14 направлений имеется не более двух отрезков из 21 проведённых. Это означает, что существуют не менее семи направлений, для каждого из которых есть ровно два параллельных отрезка с концами в отмеченных точках. Рассмотрим любое направление, для которого есть два таких отрезка. Обозначим их AB и CD. Если они не являются основаниями трапеции, то это стороны прямоугольника, поэтому отрезки AC и BD параллельны и принадлежат перпендикулярному направлению. Следовательно, все направления, для которых имеются два отрезка, распадаются на пары взаимно перпендикулярных, а значит, число направлений, для каждого из которых есть ровно два параллельных отрезка с концами в отмеченных точках, не меньше восьми, а соответствующие пары взаимно перпендикулярных отрезков являются сторонами не менее четырёх различных прямоугольников с вершинами в отмеченных точках. Поскольку все вершины каждого прямоугольника разбиваются на пары диаметрально противоположных, а среди семи отмеченных точек хотя бы одна такова, что диаметрально противоположная ей точка не отмечена, получаем, что вершины прямоугольников могут располагаться не более чем в шести из отмеченных точек. Но может существовать не более трёх различных прямоугольников с вершинами в шести данных точках окружности. Противоречие.
Ответ
а) Можно; б) нельзя.
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь