Telegram Group Search
В день рождения Виталия Дмитриевича Арнольда (1968-2017) напомним о брошюрах Летней математической школы в Дубне, носящей его имя. Старые выпуски доступны для скачивания, новые есть в нашем магазине
https://biblio.mccme.ru/series/167
правильный треугольник сложен из одинаковых прямоугольных красных треугольников и одинаковых равнобедренных зеленых треугольников

во сколько раз площадь большого треугольника больше площади зеленого?

// доступная начинающим задача М.Евдокимова с проходившего вчера Турнира Ломоносова
Сергей Маркелов (17.02.1976–11.12.2024)
задача была на Московской математической олимпиаде, ее автор — Сергей Маркелов

он придумал много отличных задач, часть из них есть в списке http://problems.ru/view_by_author.php?author=71&start=0
Эта замечательная задача давно стала классикой — выдал ее на занятии на этой неделе. Весной этой задаче исполнится 30 лет.

Ее автор Сергей Маркелов, замечательный человек, которого сегодня увы не стало.
Forwarded from Геометрия-канал (Grigory Merzon)
1999-1-circles-parabolas-markelov.pdf
1.6 MB
S.Markelov. Circles and parabolas
Математические байки
1999-1-circles-parabolas-markelov.pdf
Давайте я добавлю к этому чуть-чуть пересказа. В геометрии есть разные утверждения, в которых используются окружности (и прямые, их пересекающие или касающиеся), иногда с какими-то дополнительными свойствами. Например:

Утверждение. Пусть даны две концентрические окружности, и прямая, пересекающая первую в точках A и A’, и вторую в точках B и B’. Тогда длины высеченных отрезков между окружностями, AB и A’B’, равны (см. рис. 1а.)

Так вот — Серёжа обнаружил, что у таких утверждений бывают «близнецы», сформулированные в терминах парабол с параллельнымми осями. В частности:

Утверждение. Пусть даны две параболы с общей осью, отличающиеся на сдвиг вдоль этой оси, и прямая, пересекающая первую в точках A и A’, и вторую в точках B и B’. Тогда длины высеченных отрезков между параболами, AB и A’B’, равны (см. рис. 1б.)

(image credit: С. Маркелов, Парабола как окружность, https://turgor.ru/lktg/1998/lktg1998.pdf ; Десятая конференция ЛКТГ, М.: МЦНМО, 1999.)
Математические байки
1999-1-circles-parabolas-markelov.pdf
Собственно, как Серёжа пишет в тексте «Circles and Parabolas», сначала он наткнулся на задачу в American Mathematical Monthly:

Задача. Пусть даны две пересекающиеся параболы с вертикальными осями. Тогда прямая, проходящая через две их точки пересечения, делит их отрезок их общей касательной, заключённый между точками касания, пополам (см. Figure 1).

И эта задача замечательно перекликается с известным (и доказывающимся, например, через степень точки) утверждением про окружности:

Задача. Пусть даны две пересекающиеся окружности. Тогда прямая, проходящая через две их точки пересечения, делит их отрезок их общей касательной, заключённый между точками касания, пополам (см. Figure 2).

===

Рисунки я взял из текста выше — S. Markelov, Circles and Parabolas, The Mathematical Intelligencer, 21 (1999). Кстати — этот текст вышел в колонке «Mathematical entertainment» под редакцией А. Шеня, и дальше в той же колонке идёт письмо В. В. Успенского про потрясающе красивое трёхмерное доказательство теоремы Брианшона — с использованием однополостного гиперболоида, двух семейств прямых на нём и «вида сверху». Я вот раньше не знал!
Так вот — в 1998 году на Летнюю Конференцию Турнира Городов Серёжа Маркелов предлагает задачу с большим словарём подобных задач (представляет её Михаил Вялый, помогает Вадим Бугаенко). Вот ещё один пример оттуда:

Задача 3а. Пусть даны две концентрические окружности. Выберем на внешней из них точку M. Фигура C_M образована двумя касательными из точки M к внутренней окружности и дугой этой окружности, заключённой между точками касания (см. рис. 3а). Докажите, что площадь фигуры C_M не зависит от выбора точки M.

Задача 3б. Пусть даны две параболы с общей осью, отличающиеся на сдвиг вдоль этой оси. Выберем на внешней из них точку M. Фигура P_M образована двумя касательными из точки M к внутренней параболе и дугой этой параболы, заключённой между точками касания (см. рис. 3б). Докажите, что площадь фигуры З_M не зависит от выбора точки M.

Изображения: рисунок к задаче и текст, предваряющий решения задачи, из материалов ЛКТГ.
(image credit: С. Маркелов, Парабола как окружность, https://turgor.ru/lktg/1998/lktg1998.pdf ; Десятая конференция ЛКТГ, М.: МЦНМО, 1999.)
Давайте я чуть-чуть теперь скажу про то, откуда такой словарь берётся (или, точнее, может браться).

Возьмём окружность единичного радиуса, x^2+ (y-1)^2=1, и точку B=(0,0) на ней.
Растянем её во много раз (для начала в 10) вокруг точки B — посмотрим на её окрестность под увеличительным стеклом. Под увеличением окружность — как и любая гладкая кривая — становится всё больше похожа на касательную в той точке, вокруг которой мы увеличиваем. Так что казалось бы, ничего интересного мы так не увидим. Но!
Давайте дополнительно растягивать в направлении, перпендикулярном касательной, ещё во столько же раз. В итоге, если мы по горизонтали растягиваем в 10 раз — по вертикали мы растянем в 100. Под действием такого преобразования окружность начинает становиться всё больше похожей на параболу (в данном случае, на y=x^2/2)!

То есть можно брать верное семейство утверждений, у которых «всё самое интересное» происходит всё ближе и ближе к точке B, и смотреть на них через такое «кривое увеличение». В пределе из эллипсов, в которые мы растягиваем окружность, получится та самая парабола, и предельное утверждение про неё.
При этом словарь получается нетривиальным. То есть площадь это площадь и есть (просто при горизонтальном растяжении в R раз и вертикальном в R^2 она умножается на R^3 — но равные площади остаются равными). А вот с длинами интереснее — если мы из « параболической » картинки возвращаемся обратно, к окружности, то у нас вертикальное сжатие в R раз сильнее горизонтального, так что на длину результата практически влияет только разность абсцисс. Что, собственно, мы можем видеть на этой картинке: две касательных к параболе из заданной точки вовсе не равны (левый синий и красный отрезки). Но равны их разности абсцисс — компоненты, перпендикулярные оси параболы.
У окружности есть повороты, сохраняющие её центр. Чтобы поворот не унёс наше «окно наблюдения» слишком далеко, поворачивать нужно на угол порядка (1/R). Тогда в пределе получатся параболические повороты — линейные преобразования
(x,y) -> (x+t, y+tx+(t^2/2)).

Углы превратятся в параболические углы — если раньше угол наклона прямой y=kx+c можно было определить как arctg k (мы пока не задумываемся про π и знак/ориентацию), то теперь это просто k. Потому что при обратном сжатии такая прямая превратится в почти горизонтальную, с коэффициентом k/R — а арктангенс маленького числа это почти что оно само. Зато никакого «полного угла» в параболическом смысле нет.
Эти два скриншота — из написанной в те годы статьи Ф. Петрова и С. Тихомирова, «Об углах и расстояниях», по ссылке из недавнего поста в fp math.
2024/12/23 01:48:56
Back to Top
HTML Embed Code: