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

A C. 1889. matematika gyakorlat megoldása

Szerk

C. 1889. Egy számegyenesen be van jelölve az \(\displaystyle 1\) és a \(\displaystyle \sqrt{5}\), semmi más. Adjuk meg szerkesztéssel a számegyenesen a \(\displaystyle 0\) helyét. (Az elemi szerkesztési lépéseket, mint például szög felezése, tengelyes tükrözés, nem kell részletezni.)

Javasolta: Veszprémi Ferenc (Budapest)

1. megoldás.


1. ábra

Ha a számegyenesen be van jelölve az \(\displaystyle 1\) és a \(\displaystyle \sqrt{5}\), akkor a számokat jelképező két pont közötti szakasz hossza nyilvánvalóan \(\displaystyle \sqrt{5}-1\). Ennek a szakasznak a segítségével az alábbi ábra derékszögű háromszögei euklideszi módon megszerkeszthetők.

Alkalmazva a Pitagorasz-tételt az egyes derékszögű háromszögekre:

$$\begin{gather*} c=\sqrt{2}\cdot(\sqrt{5}-1);\quad d=\sqrt{3}\cdot(\sqrt{5}-1);\\ e=2\cdot(\sqrt{5}-1);\quad f=\sqrt{5}\cdot(\sqrt{5}-1). \tag{1} \end{gather*}$$

Az ilyen eljárással megszerkesztett \(\displaystyle f\) szakasz hossza (1) szerint

\(\displaystyle f=\sqrt{5}\cdot(\sqrt{5}-1)=5-\sqrt{5}. \)

Jelöljük az \(\displaystyle e\) számegyenesen \(\displaystyle A\)-val, illetve \(\displaystyle B\)-vel az \(\displaystyle 1\), illetve a \(\displaystyle \sqrt{5}\) helyét. Ezután az \(\displaystyle AB\) félegyenesre a \(\displaystyle B\) pontból kiindulva mérjük fel a \(\displaystyle BC\) szakaszt úgy, hogy \(\displaystyle BC=f=5-\sqrt{5}\), ekkor

\(\displaystyle (2) \)\(\displaystyle AC=\sqrt{5}-1+5-\sqrt{5}=4.\)

Az így keletkezett \(\displaystyle AC\) szakasz \(\displaystyle A\)-hoz legközelebbi negyedelőpontja megszerkeszthető úgy, hogy megfelezzük az \(\displaystyle AC\) szakaszt, jelölje a felezőpontot \(\displaystyle T\), majd az \(\displaystyle AT\) szakaszt is megfelezzük, és a \(\displaystyle P\)-vel jelölt felezőpont az \(\displaystyle AC\) szakasz \(\displaystyle A\)-hoz közelebbi negyedelőpontja.

Megszerkesztettük tehát az egységnyi hosszúságú \(\displaystyle AP\) szakaszt, amelyet a \(\displaystyle PA\) félegyenesen az \(\displaystyle A\)-ból felmérve megkapjuk a \(\displaystyle 0\) helyét.

   Nádas Zorka Lilla (Radnóti Miklós Kísérleti Gimnázium, Szeged, 8. o. t.) dolgozata alapján

2. megoldás. Mivel a számegyenesen csak az \(\displaystyle 1\) és a \(\displaystyle \sqrt{5}\) van megjelölve, ezért a két pont meghatároz egy \(\displaystyle \sqrt{5}-1\) hosszúságú szakaszt, ezt használjuk fel a további szerkesztési lépésekhez, amelyekben arra törekszünk, hogy az \(\displaystyle 1\) hosszúságú szakaszt előállítsuk.

Tekintsük a 2. ábrát, amelyen az \(\displaystyle XY=a\) szakaszra merőlegest állítottunk, erre a merőlegesre rámértük az \(\displaystyle YZ=a\) szakaszt, amelynek felezőpontját \(\displaystyle O\)-val jelöltük. Megszerkesztettük az \(\displaystyle O\) középpontú, \(\displaystyle \dfrac{a}{2}\) sugarú kört, ennek az \(\displaystyle XO\) egyenessel való metszéspontjai \(\displaystyle U\) és \(\displaystyle V\).


2. ábra

Az ábra alapján felírhatjuk az \(\displaystyle X\) pontnak a körre vonatkozó hatványát, ez egyrészt \(\displaystyle a^2\), másrészt pedig \(\displaystyle {XU\cdot XV}\) vagy másként \(\displaystyle {XV\cdot (XV-a)}\), ezért \(\displaystyle {XV\cdot {(XV-a)}}=a^2\), ebből az \(\displaystyle {\Bigl(\dfrac{XV}{a}\Bigr)^2-\frac{XV}{a}-1=0}\) egyenletet kapjuk.

Az \(\displaystyle \dfrac{XV}{a}\)-ban másodfokú egyenletet megoldva

\(\displaystyle (3) \)\(\displaystyle \frac{XV}{a}=\frac{\sqrt{5}+1}{2}.\)

Ha tehát az \(\displaystyle a\) szakasz hosszát úgy választjuk meg, hogy \(\displaystyle a=\sqrt{5}-1\) legyen, amely éppen a számegyenesen adott két pont távolsága, akkor könnyen látható, hogy

\(\displaystyle (4) \)\(\displaystyle XV=2.\)

A fentiekben leírt euklideszi szerkesztési lépéseket végrehajtva kaptunk egy \(\displaystyle 2\) hosszúságú szakaszt, ezt megfelezve adódik az \(\displaystyle 1\) hosszúságú szakasz, amelyet a számegyenesre az adott \(\displaystyle 1\)-et jelképező pontból balra felmérve megkapjuk a \(\displaystyle 0\) helyét.

  Farkas Réka (Jedlik Ányos Gimnázium, Budapest, 8. o. t.) dolgozata alapján

Megjegyzések. 1. Könnyen igazolható, hogy \(\displaystyle \dfrac{XU}{a}=\dfrac{\sqrt{5}-1}{2}\), ez az aranymetszés arányszáma, tehát az \(\displaystyle XU+a\) hosszúságú szakaszt az \(\displaystyle XU\) és \(\displaystyle a\) hosszúságú szakaszok az \(\displaystyle \dfrac{XU}{a}=\dfrac{\sqrt{5}-1}{2}\) aránynak megfelelően osztják két részre.

2. A helyes megoldások között számosan a magasságtétel felhasználásával állították elő az \(\displaystyle 5-\sqrt{5}\) távolságot és ebből a \(\displaystyle 4\) egység hosszúságú szakaszt. Olyan megoldás is született, amely a számegyenessel párhuzamos egyenesen felvette az egymás után következő \(\displaystyle a\) és \(\displaystyle 5a\) szakaszokat, ezekből a magasságtétel alkalmazásával szerkesztette meg az \(\displaystyle a\cdot \sqrt{5}\), majd az \(\displaystyle a\cdot (\sqrt{5}-1)\), szakaszt, ezután hivatkozott a párhuzamos szelőszakaszok tételére.

3. Hasonlóság erejéig meg tudjuk szerkeszteni a számegyenest.

Vegyünk fel egy tetszőleges egységet (\(\displaystyle 1'\) a piros ábrán), és szerkesszünk \(\displaystyle 1'\) és \(\displaystyle 2'\) befogójú derékszögű háromszöget. Ennek átfogója \(\displaystyle \sqrt{\displaystyle{5'}}\) hosszú. Metsszünk le belőle egy \(\displaystyle 1'\) egységnyi szakaszt az ábra szerint, a másik rész hossza \(\displaystyle {\sqrt{\displaystyle{5'}}-1'}\). Ennek segítségével \(\displaystyle {A=1}\) és \(\displaystyle B=\sqrt{5}\) helyének ismeretében (kék ábra) – például a három jelölt szög átmásolásával – megkapható a számegyenesen a 0 helye.

108 dolgozat érkezett. 5 pontos 65, 4 pontos 10, 3 pontos 9, 2 pontos 1, 1 pontos 4, 0 pontos 18.

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!

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. januári száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2025. novemberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. februári száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. áprilisi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. szeptemberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. márciusi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2026. májusi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2025. októberi száma

A Lap — Legfrissebb szám

A KöMaL 2025. decemberi 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 C. 1865. matematika gyakorlat megoldása

C. 1865. Az iskolai szkanderbajnokságon \(\displaystyle 17\) fő indult el. Mindenki pontosan egyszer mérkőzött meg mindenkivel, döntetlen nem született. A versenyzők egy csoportját erősnek hívjuk, ha teljesül rájuk, hogy bármely rajtuk kívüli versenyzőt legyőzött közülük valaki. Bizonyítsuk be, hogy kiválasztható legfeljebb \(\displaystyle 9\) fős erős csoport.

Javasolta: Paulovics Zoltán (Budapest)