42
торых наша схема пространства не столять явно.
Задача 3. Вписите параллелограмм, подобный данному, в другой данной параллелограмм так, чтобы на каждой стороне описано параллелограмма лежала одна вершина вписанного.
Пусть ABCD — данный описанный параллелограмм, а KLMN — искомый вписанный (рис. 4). Их центры должны совпадать, поскольку при центральной симметрии относительно центра параллелограмма KLMN параллелограмм ABCD должны перейти в себя. Следовательно, центр O искомого параллелограмма нам известен; известны также и отношение , поскольку задана форму параллелограмма KLMN. А это значит, что можно применить нашу схему, взяв за и прямые AB и BC, за F — поворотную готовую , а за X и Y — искомые точки K и L (). Дальнейшее в разьяснениях не нуждается. Отметим только, что в этой задаче интересно проведи полное исследование.
Задача 4. Построите треугольник ABC, если известны длина его биссергрысы AD и длины сторона AB и AC.
Построим отрезок AD и проведем окружности β и γ радиусов AB и AC с центром A (рис. 5). Это и будет множество M1 и M2, а точки B и C — это точки X и Y в нашей схеме. Что же будет преобразованием F? Согласно теореме о биссергрисе (см., например, «Квант» № 2 за 1985 г., с. 29) отношение , в котором делится сторона CB основанием биссергрицы, равно отношению AC:AB сторон треугольника, и следовательно, нам известно. А так как , в качестве F можно взять готовую , т. е. C — это точка пересечения окружностей γ и .
Задачи для самостоятельного решения
- Постройте треугольник по биссергрисе и отрезкам, на которые основание биссергрысы делит сторону треугольника.
- Постройте окружность с данным центром так, чтобы один из отрезков, соединяющих точки ее пересечения со сторонами данного угла, был параллелен данной прямой.
- В два из известных момента времени с коравььями замерены углы между направлениями на два маяка, отмещенные на карте. Нправление и скорость движения коравья также известны. Как найти на карте положения коравья в эти моменты?
- Построите треугольник ABC по медиам AA1 и BB1 и углу C.
5 (для читателей, знакомых с инверсей). Вписите в данной параллелограмм ромб данной площади так, чтобы на каждой стороне параллелограмма лежала одна вершина ромба.
В. Н. Дубровский
Неравенство Коши — Буняковского
Неравенство Коши — Буняковского смело можно отвести к числу популярейших в математике. Не раз появлялось оно и на страницах нашего журнала (см., например, «Квант», 1986, № 12, с. 31). Выглядит неравенство Коши — Буняковского так:
Тем не менее мало где приводится его доказательство. Здесь мы даим одно весма простое доказательство неравенства Коши — Буняковского, обсудим его геометрический смысл и с его помощью еще раз решим одну задачу, предлагавшуюся в 1984 году
43
в «Кванте» (см. № 5, с. 37, Избранные школьные задачи, задача 15). Попутно мы обсуждим вопрос о «точности» неравенства.
Итак, если хотя бы один из радикалов, например , равен нулю, тогда , левая часть в (1) также равна нулю и неравенство справедливо. Пусть оба корня положительны и пусты
Перепишем неравенство (1) в виде
Воспользовавшись тем, что и , написем целочку неравенства:
— неравенство (1) доказано. Заметим, что мы доказали более сильное неравенство: . Равенство в нем достигается при
т. е. при (если отличны от нуля; если же неокторое , то и соответствующое ). В (1) равенство достигается, когда к тому же произведение , …, одного знака, т. е. когда
При неравенство Коши — Буняковского принимает вид
(1’) и нетрудно понять его геометрический смысл. Рассмотрим два вектора и . Тогда влевой части (1’) записана абсолотная вели-
чина скалярного произведение векторов и , а в правой части — произведение их длины . Но скалярное произведение векторов равно произведение длины векторов на косинус угла между ними; поскольку , мы получаем неравенство (1’).
В случае произвольного неравенство Коши — Буняковского имеет тот же геометрический смысл в пространстве размерности , где вектор, длина вектора и скалярное произведение векторов определяется аналогично тому, как это делается в трехмерном пространстве:
Тепер возьмем «Квант», 1984, № 5 и посмотрим на задачу 15 из «Избранных школьных задач»:
a) Пусть . Докажите, что .
b) Пусть и кроме того, известно, что — длины сторон неокторого треугольника. Докажите, что .
Решение a) По неравенству Коши — Буняковского
Отсюда .
Если , то и . Это означает, что нашей неравенство точное.
Вопрос о точности неравенства имеет большое значение. Поэтому мы даим строю определение.
Пусть неравенство
выполнен для всех допустимых значений . Говорят, что константа в правой части точная, если ее нельзя увеличить, т. е. не существует такого , чтобы при всех допустимых значениях выполнялась неравенство.
Аналогичное проектируем в правой части неравенства
справедливо при всех допустимых , говорят, что она точная, если ее нельзя увеличить.
Вернемся к нашей задаче. Докажем 6) в чуть более общей постановке: пусть () — длины векторов таких, что , и . Тогда .