Задача F318
Условие
При каком емкость системы конденсатора, показанной на рисунке 3, равна: a) ; b) (); b) ?
Б. Б. Буховцев
Решение
При каком емкость системы конденсаторов, показанной на рисунке 6, равна: a) ; б) (); в) ?
Наозвемем последовательность
ребер многоорганика путем
если на всех этих ребрах стрелки направлены в одну сторону: либо от к , от к , …, от к , либо же от к , от к , …, от к .
Так как по условию в каждую вершину многоорганика входит и из каждой выходим хотя бы одна стрелка, то любой путь можно удалить в обе стороны, присоединяя к его концам новые ребра.
Начав с произвольного ребра многоорганика (оно, очень/no, является путем), будем последовательно стройить пути и так далее, до тех пор, пока не получится такой путь, в котором одна из вершин встречает дважды: , . Таким образом мы получим замкнутый путь (у него все вершины, кроме крайних, , различны, рис. 4).
Так как многоорганик выпуклый, то путь делит его поверхность на две области и . Покажем, что в каждой области имеется по крайней мере одна грань, которая можно обойти по перimetру, двіяясь в соответствии с направлением стрелок на ее сторонах.
Возьемем область ; путь она состоит из граней многоорганика. Если , то эта область (огранченная путь ) является нужной гранью. Если же , то в области есть ребро , не входящее в путь (причем входит в ). Начав с этого ребра, будем стройить путь через вершину внутри области до тех пор, пока не получится путь, у которого одна из вершин встречает дважды (если мы выйдем на границу области , то дальнейшее по путь возвращится к ). Так мы получим новый замкнутый путь (рис. 5). Путь лежит внутри области и не совпадает с ; значит, область, ограниченная путь , состоит из граней многоорганика. Если , то ограничивает искому грань; если же , то точно так же построим замкнутый путь , ограничивающий область, которая состоит из граней, и так далее. Так как все числа — натуральные и , то за конечное число шагов мы получим замкнутый путь , ограничивающийровно одну искому грань.
Вторую искому грань можно найти так же, расматривая — вторую искому из области, на которой путь разделил наш многоорганик.
А. М. Зубков
◆ Пусть рассматриваемая система конденсаторов присоединена к источнику с напряжением . Из сообщений симметрики следует, что заряды конденсаторов emкости будут одинаковыми. Обозначим их через . Аналогично равны заряды конденсаторов emкости . Заряд конденсатора обозначаем через . Рассматриваемую зарядов отдельных конденсаторов (см. рис. 6).
Заряд системы конденсаторов связан с напряжением , приложенным к системе, соответствием , где — емкость системы, то есть
*) Решение задачи M314 будет опубликовано в следующем номере журнала.
46
Работа сил электростанческого поля по пересечению любого, а значит и единного, заряда по замкнутой траектории всегда равна нулю. Обойти, например, верхний контур (см. рис. 6) против часовой стрелки, получим
Воспользуемся также законом сохранения заряда. Часть системы, показанная на рисунке 6 красным цветом (можно рассмотреть и участок, показанный снимм цветом), до присоединения системы к источнику была нейтральной. Так как эта часть изолирована, ее суммарный заряд остanetся равным нулю:
Из уравнения (1)—(3) следует, что
Отсюда легко получить, что
a) при , что невозможно;
b) () при , что также невозможно;
b) при