Zadanie

Na nástupišti čakal na vedúcich vlak, ktorý ich mal okružnou cestou cez Margecany zaviezť až do Brezna. Vedúci stlačili tlačidlo na dverách vlaku, ale dvere nič. Tak ho stlačili znova, ale dvere znovu nič. Po treťom pokuse dvere začali pomaličky spolupracovať. Kým sa dokorán otvorili, aby vedúci mohli nastúpiť, sa Števka zamyslela nad tvarom tlačidla na otváranie dverí.

Šesťuholník \(ABCDEF\) má nasledujúce 3 vlastnosti:

  1. diagonály \(AC\), \(CE\) a \(EA\) majú rovnakú dĺžku,

  2. uhly \(ABC\) a \(CDE\) sú pravé,

  3. dĺžky strán šesťuholníka sú navzájom rôzne celé čísla.

Aký je najmenší možný obvod šesťuholníka, ak má diagonála \(AC\) dĺžku \(\sqrt{85}\)?

Zo zadania vieme, že \(|AC| = |CE| = \sqrt{85}\) a keďže trojuholníky \(ABC\) a \(CDE\) sú pravouhlé s preponami postupne \(AC\), \(CE\), z Pytagorovej vety musí platiť \[\begin{align} |AB|^2 + |BC|^2 = |AC|^2 &= 85,\\ |CD|^2 + |DE|^2 = |CE|^2 &= 85.\end{align}\] Všimnime si, že nie je veľa spôsobov, ako zapísať \(85\) ako \(a^2 + b^2\), kde \(a\), \(b\) sú prirodzené čísla. Ak by bolo \(a \geq 10\), potom \(a^2 + b^2 \geq 100 > 85\), preto nutne \(1 \leq a \leq 9\). Teraz nám už stačí vyskúšať všetky tieto \(a\) a nájsť vyhovujúce \(b\), ktoré bude spĺňať \[b = \sqrt{85 - a^2},\] čomu vyhovujú dvojice \((a,b)\in\{(2,9), (9,2), (6,7), (7,6)\}\). Tieto dvojice obsahujú štyri rôzne čísla \(2\), \(6\), \(7\), \(9\) a keďže \(|AB|\), \(|BC|\), \(|CD|\), \(|DE|\) sú po dvoch rôzne, musia byť tieto dĺžky rovné týmto číslam v nejakom poradí, preto \[|AB| + |BC| + |CD| + |DE| = 2 + 6 + 7 + 9 = 24.\]

Už nám stačí iba odhadnúť \(|AF| + |FE|\). Použijeme trojuholníkovú nerovnosť, musí platiť \[|EF| + |FA| > \sqrt{85} > 9,\]

preto \(|AF| + |FE| \geq 10\). Všimnime si však, že nemôžeme dostať \(10\) ako súčet dvoch rôznych prirodzených čísel bez použitia \(2\), \(6\), \(7\), \(9\), preto \(|EF| + |FA| \geq 11\), pričom rovnosť nastane napríklad pre \(|EF| = 10\), \(|FA| = 1\).

Dostávame tak, že obvod šesťuholníka je aspoň \[|AB| + |BC| + |CD| + |DE| + |EF| + |FA| \geq 24 + 11 = 35,\] pričom šesťuholník splňujúci podmienky zo zadania s obvodom \(35\) je napríklad taký, v ktorom \(|AB|=6\), \(|BC| = 7\), \(|CD|= 9\), \(|DE|=2,\) \(|EF| = 8\), \(|FA| = 3\).

Diskusia

Tu môžte voľne diskutovať o riešení, deliť sa o svoje kusy kódu a podobne.

Pre pridávanie komentárov sa musíš prihlásiť.