Назад
Задача

На поверхности равногранного тетраэдра сидят два муравья. Докажите, что они могут встретиться, преодолев в сумме расстояние, не превосходящее диаметра окружности, описанной около грани тетраэдра.

Решение

Заметим, что грани равногранного тетраэдра – равные остроугольные треугольники, причем сумма плоских углов при каждой вершине равна 180°. Тогда этими треугольниками можно замостить плоскость (см. рисунок). Нетрудно заметить (раскрасив треугольники решётки в 4 цвета), что если поставить наш тетраэдр одной из граней на треугольник решётки, то при перекатывании через рёбра он всегда будет вставать на треугольник решётки; более того, на один треугольник решётки будет всегда вставать одна и та же грань тетраэдра.

Тогда, поставив две точки на этой плоскости и соединив их линией, мы получим путь, соединяющий эти точки на поверхности тетраэдра (возможно, проходящий по одной и той же грани несколько раз).

Отметим точку K, в которой сидит первый муравей и эквивалентные ей точки, получающиеся изKпараллельным переносом на удвоенные векторы сторон треугольника. Получим треугольную решетку из треугольников, подобных с коэффициентом 2 треугольникам граней. Рассмотрим точку M, в которой сидит второй муравей. Пусть она попала внутрь или на границу треугольникаK1K2K3. Тогда одно из расстоянийMK1,MK2илиMK3до вершин не превосходит радиуса окружности, описанной около треугольникаK1K2K3, то есть диаметра описанной окружности грани. Действительно, точкаO – центр описанной окружности треугольника K1K2K3 – лежит внутри этого треугольника. Точка M попадает в один из равнобедренных треугольников OK1K2, OK1K3, OK2K3, тогда расстояние до одной из вершин не превосходит длины боковой стороны этого треугольника.

Комментарий. Отметим, что равенство достигается, если, например, одного муравья поместить в вершину тетраэдра, а другого – в ортоцентр противоположной грани. Действительно, сделав развертку тетраэдра, получим, что кратчайший путь равен диаметру описанной окружности грани.

Ответ

Ответ задачи отсутствует

Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь

Комментариев нет