Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Térgeometria

484
Egy téglatest alakú tégla egyik lapjának mindegyik csúcsában van egy-egy hangya. A hangyák mindegyike a szemközti csúcshoz, azaz a saját csúcsához tartozó testátló másik végpontjába szeretne eljutni. Át tudnak-e menni a hangyák a tégla felszínén a szemközti csúcsba úgy, hogy az útvonalaik ne messék egymást és mind a négy hangya a lehető legrövidebb úton haladjon?
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Középiskola / Matematika

Válaszok

1
Legyenek a téglatest méretei `a ≤ b ≤ c`.

Két pont között a legrövidebb utat úgy tudjuk megszerkeszteni, hogy kiterítjük a téglatest hálóját, és a két pont között egyenest húzunk. Az egyenes nem mehet ki a hálóból!

Az első ábra a téglatest kiterített hálója, de oly módon, hogy a piros, kék és barna színű oldallap mindegyike két helyre is ki van terítve látszólag. Természetesen csak az egyik van benne a hálóban: ha pl. elhagyod azt a három oldallapot, amik az `A_1, A_2` és `A_5` pontokat tartalmazzák, akkor egy szokásos módon kiterített hálót kapunk. A három megduplázott oldallapnak az a célja, hogy némelyik berajzolt egyenes ne menjen ki a hálóból.

Egy hálón az eredeti téglatest némelyik pontja több helyen is megtalálható. Pl. a síkbeli `A_1, A_2, A_3, A_4, A_5` és `A_6` pontok a térben mind ugyanaz az egyetlen pont, mégpedig az `A` ponttal szemközti pont. Azt a legrövidebb útvonalat keressük, ami összeköti az `A` pontot valamelyik `A_x` ponttal. Az `A` pontból a pontot meghatározó 3 oldalsík bármelyike mentén el tudunk indulni, majd az `A`-val szemközti 2 él valamelyikét metszve jutunk a testátló szemközti végpontjába, `A_x`-be. Ez összesen 6-féle út, mindegyik látszik az ábrán.

A távolságok négyzetei a Pitagorasz tétellel számolhatóak (lásd az ábrát). Mind a hat esetben `a^2+b^2+c^2+2xy` alakúak, ahol `x` és `y` azon oldalélek, amiket nem metszett az útvonal. Annak a két oldalélnek az összege adja ugyanis a Pitagorasz háromszög egyik befogóját, a másikat pedig a metszett él. Ezért a legrövidebb távolságot akkor kapjuk, amikor az útvonal metszi a leghosszabb `c` oldalt.

Fontos észrevétel, hogy két legrövidebb útvonal is van, mert a téglatest bármelyik pontjába futó élek egyike a `c` oldalél, ami két oldalsík metszete. Mindkét ezen oldalsíkon elindulva, majd az oldallap másik `c` oldalélét metszve ugyanakkora minimális távolságot kapunk.

A többi útvonallal a jövőben nem foglalkozunk, csak a két legrövidebbel.

A második ábrán a bal oldali testháló azt az esetet mutatja, amikor a négy pont olyan oldallapon van, aminek egyik éle a leghosszabb `c` oldal. A négy pont négyféle színnel van jelölve, a belőle induló legrövidebb utak is ugyanolyan színűek. Az utak az előzőekben leírtak szerint a `c` oldalél metszésével jutnak el a szemközti pontokba.
Akár a folytonos, akár a szaggatott vonal-négyest választjuk, azok az utak párhuzamosak egymással, mert a háló négy kiterített oldallapjának `c` élei párhuzamosak és felváltva `a` és `b` távolságokra vannak egymástól. Vagyis azokon haladva a hangyák el tudják kerülni egymást.
(Az ábrán a `D` pontból induló útvonal pontozott vonalrésze alul folytatódik. Természetesen a hálón ez is egyenes vonal, csak most nem dupláztam meg az alsó barna oldallapot.)

A jobb oldali háló azt az esetet mutatja, mikor a négy ABCD pont olyan oldallapon van, aminek egyik oldala sem `c` hosszú. Ekkor az ábra szerinti `B` és `C` pontok a térbeli téglatesten valójában ugyanazok a pontok, amiket szintén `B`-vel illetve `C`-vel jelöltem a hálón. Vagyis a négy pont egy egyenesben van, és ugyanazok az utak a legrövidebbek, mint a bal oldali ábránál is (csak most más a színük...) Vagyis ilyenkor is át tudnak menni a hangyák párhuzamos utakon.
Módosítva: 6 éve
0