Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Informatika rovattal
Kiadja a MATFUND Alapítvány
Már regisztráltál?
Új vendég vagy?
Matematika — Mintamegoldás

A C. 1847. matematika gyakorlat megoldása

Szerk

C. 1847. Az \(\displaystyle ABCD\) négyzet \(\displaystyle AD\) oldalán válasszuk ki úgy a \(\displaystyle P\) pontot, hogy \(\displaystyle CPA\sphericalangle=105^{\circ}\) legyen. A \(\displaystyle CP\) egyenesre az \(\displaystyle A\) pontból bocsássunk merőlegest, amelynek talppontját jelölje \(\displaystyle Q\). Határozzuk meg az \(\displaystyle ABQ\) és az \(\displaystyle ACP\) háromszögek területe arányának pontos értékét.

Javasolta:Bíró BálintEger

1. Megoldás. Legyen a négyzet oldalának hossza \(\displaystyle a\), és alkalmazzuk az \(\displaystyle {AP=p}\) jelölést. A feltételek miatt \(\displaystyle {APQ\sphericalangle=75^{\circ}}\); \(\displaystyle {QAP\sphericalangle=15^{\circ}}\); \(\displaystyle {PAC\sphericalangle=CAB\sphericalangle=45^{\circ}}\); \(\displaystyle {ACP\sphericalangle=30^{\circ}}\).

Tekintsük az 1. ábrát.


1. ábra

Az \(\displaystyle APQ\) derékszögű háromszögben \(\displaystyle \cos 15^{\circ}=\frac{AQ}{p}\), ahonnan \(\displaystyle AQ=p\cdot \cos 15^{\circ}\). A trigonometrikus területképlet alkalmazásával:

\(\displaystyle T_{ABQ}=\frac{AQ\cdot a\cdot \sin105^{\circ}}{2}=\frac{p\cdot \cos15^{\circ}\cdot a \cdot \sin105^{\circ}}{2}, \)

amelyből a \(\displaystyle \sin105^{\circ}=\sin 75^{\circ}=\cos 15^{\circ}\) trigonometrikus azonosságok alkalmazásával

\(\displaystyle (1) \)\(\displaystyle T_{ABQ}=\frac{p\cdot a \cdot \cos^2{15^{\circ}}}{2}.\)

Hasonlóképpen kapjuk, hogy

\(\displaystyle T_{ACP}=\frac{p\cdot AC\cdot \sin45^{\circ}}{2}, \)

ahonnan \(\displaystyle AC=a\sqrt{2}\) és \(\displaystyle \sin 45^{\circ}=\frac{\sqrt{2}}{2}\) alapján

\(\displaystyle (2) \)\(\displaystyle T_{ACP}=\frac{p\cdot a}{2}.\)

Az (1) és (2) megfelelő oldalainak arányából

\(\displaystyle (3) \)\(\displaystyle \frac{T_{ABQ}}{T_{ACP}}=\cos^2{15^{\circ}}.\)

Tudjuk, hogy

\(\displaystyle \cos15^{\circ}=\cos(45^{\circ}-30^{\circ})=\cos45^{\circ}\cdot \cos30^{\circ}+\sin45^{\circ}\cdot \sin30^{\circ}, \)

ezért a \(\displaystyle \sin45^{\circ}=\cos45^{\circ}=\frac{\sqrt{2}}{2}\), \(\displaystyle \cos30^{\circ}=\frac{\sqrt{3}}{2}\), illetve \(\displaystyle \sin30^{\circ}=\frac{1}{2}\) értékek beírásával \(\displaystyle \cos15^{\circ}=\frac{\sqrt{2}\cdot \bigl(\sqrt{3}+1\bigr)}{4}\), innen négyzetre emeléssel és egyszerűsítéssel adódik a két háromszög területének aránya:

\(\displaystyle \frac{T_{ABQ}}{T_{ACP}}=\frac{2+\sqrt{3}}{4}. \)

(Több dolgozat alapján)

2. Megoldás. Jelöléseink a 2. ábrán láthatók.


2. ábra

Az \(\displaystyle ABCQ\) négyszög húrnégyszög, mert a \(\displaystyle B\) és \(\displaystyle Q\) csúcsoknál levő belső szögei egyaránt derékszögek. A húrnégyszög köré írt \(\displaystyle k\) kör egyben az \(\displaystyle ABCD\) négyzet körülírt köre is, hiszen az \(\displaystyle AC\) átmérőjű körre a \(\displaystyle D\) pont is illeszkedik.

Nyilvánvaló, hogy \(\displaystyle BCA\sphericalangle=DAC\sphericalangle=45^{\circ}\) és így \(\displaystyle PAC\sphericalangle=45^{\circ}\) is igaz.

A \(\displaystyle k\) körben az \(\displaystyle AB\) és \(\displaystyle BC\) négyzetoldalakhoz egyenlő nagyságú kerületi szögek tartoznak, tehát \(\displaystyle QB\) felezi a \(\displaystyle CQA\sphericalangle\) derékszöget, és így \(\displaystyle BQA\sphericalangle=45^{\circ}\), vagyis az \(\displaystyle ABQ\) és \(\displaystyle CPA\) háromszögek \(\displaystyle Q\), illetve \(\displaystyle A\) csúcsánál levő belső szögek nagysága \(\displaystyle 45^{\circ}\).

A \(\displaystyle CPA\sphericalangle=105^{\circ}\) feltételből és a \(\displaystyle PAC\sphericalangle=45^{\circ}\) eredményből következik, hogy \(\displaystyle ACP\sphericalangle=ACQ\sphericalangle=30^{\circ}\), de akkor a kerületi szögek tétele miatt \(\displaystyle {ABQ\sphericalangle=30^{\circ}}\) is teljesül. Az \(\displaystyle ABQ\) és \(\displaystyle ACP\) háromszögek két-két szöge tehát megegyezik, ezért hasonlók, a hasonlóság aránya:

\(\displaystyle (4) \)\(\displaystyle \lambda=\frac{AB}{CP}=\frac{CD}{CP}.\)

Az \(\displaystyle ACD\sphericalangle=45^{\circ}\) és \(\displaystyle ACP\sphericalangle=30^{\circ}\) egyenlőségekből adódik, hogy \(\displaystyle PCD\sphericalangle=15^{\circ}\), ezért (4) szerint \(\displaystyle \lambda=\cos15^{\circ}\).

Az \(\displaystyle ABQ\) és \(\displaystyle ACP\) háromszögek területének aránya \(\displaystyle \lambda^2\)-tel egyenlő, tehát

\(\displaystyle \frac{T_{ABQ}}{T_{ACP}}=\cos^2{15^{\circ}}. \)

Az 1. megoldásban igazoltuk, hogy \(\displaystyle \cos15^{\circ}=\frac{\sqrt{2}\cdot \bigl(\sqrt{3}+1\bigr)}{4}\), ebből négyzetre emeléssel és egyszerűsítéssel kapjuk, hogy

\(\displaystyle \frac{T_{ABQ}}{T_{ACP}}=\frac{2+\sqrt{3}}{4}. \)

Hetyei Dániel (Révai M. Gimn., Győr, 11. o. t.) dolgozatának felhasználásával

,,Baráti angyalai''csapat (Ciszterci Rend Nagy L. Gimn., Pécs) dolgozata alapján

34 dolgozat érkezett. 5 pontos 21, 4 pontos 2, 3 pontos 3, 2 pontos 3, 1 pontos 2, 0 pontos 3 dolgozat.

Matfund — Támogatás

Kérjük, támogassa adója 1%-ával a KöMaL-t!

A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.

Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!

Felhívás — KöMaL Ankét

KöMaL Ifjúsági Ankét és Díjátadó 2026

Időpont: 2026. október 29-30.

Helyszín: Bornemisza Péter Gimnázium (1107 Budapest, Száva u. 1.)

Regisztráció: diákoknak (gmail-es címmel) és felnőtteknek és nem gmail-es címmel diákoknak

Program a teljes cikkben.

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. márciusi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. októberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. májusi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. februári száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. szeptemberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2025. decemberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. áprilisi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. januári száma

Matematika — Rejtvények, ördöglakatok

Rejtvények, ördöglakatok – O'Beirne olvasztótégelye

Nem kell túl sokáig keresgélnünk az interneten a fejtörő feladatok között ahhoz, hogy sík vagy tér kitöltésére vonatkozó feladványra bukkanjunk. Ezek egyik fajtája az, amikor néhány síkidom vagy test valamilyen keretben van elhelyezve úgy, hogy látszólag teljesen kitöltik azt, de van még külön egy további eleme a játéknak.

Matematika — Mintamegoldás

A B. 5453. feladat megoldása

B. 5453. Egy konvex polidéder lapjai az \(\displaystyle ABCD\), \(\displaystyle ABFE\), \(\displaystyle BCGF\), \(\displaystyle CDHG\), \(\displaystyle ADHE\) és \(\displaystyle EFGH\) négyszögek az ábra szerint. Az \(\displaystyle A\), illetve a \(\displaystyle G\) csúcsból induló élek páronként merőlegesek egymásra. Igazoljuk, hogy

\(\displaystyle [ABCD]^2+[ABFE]^2+[ADHE]^2 = [BCGF]^2+[CDHG]^2+[EFGH]^2. \)

(\(\displaystyle [XYZW]\) az \(\displaystyle XYZW\) négyszög területét jelöli.)

Javasolta: Kós Géza(Budapest)