Как решить задачу с окном, которое стало пропускать меньше света (см)?
У любителя геометрии в комнате было большое квадратное окно высотой 2 метра. Оно выходило на юг и пропускало слишком много света. Владелец окна решил уменьшить вдвое площадь, пропускающую свет, но так, чтобы высота окна по-прежнему была 2 метра и чтобы оно оставалось квадратным. Сможет ли он это сделать?
Но в условиях задачи не сказано, что это так считается, т.е. налицо неоднозначность.. А раз сказано про "любителя геометрии", то в как раз в ней нет понятие "высота окна", а есть высота треугольника со строгим определением её..
Но уж коли он любитель геометрии, то тут нужен такой подход. Если допустить, что окно у него было квадратное и его границы были вертикальны и горизонтальны, то тогда можно уменьшить окно по площади, повернув его на 90 градусов. Тогда высота окна в 2 метра будет лишь его диагональю, а площадь уменьшится при этом в два раза.
Nasos уже ответил совершенно правильно. Только "поворачивать" реально окно не нужно. Достаточно забить досками, или закрыть фанерой, или просто занавесить (чтобы не портить окно) четыре угла квадратного окна так, чтобы образовался квадрат, расположенный относительно пола под углом 45 градусов. Как это видно на рисунке. Действительно, исходная площадь окна 4 квадратных метра (высота и ширина по два метра). Сторона нового квадрата равна корню квадратному из 2 (это гипотенуза прямоугольного равнобедренного треугольника с двумя катетами длиной по 1 метру), а его площадь 2 кв. метра - ровно вдвое меньше исходной.
А надо было всего лишь занавесить шторкой... Но раз математики такие извращенцы, то предлагаю совершенно кардинально иной способ - надо всего лишь перенести окно на юго-восточную или юго-западную часть дома (ну или сам дом повернуть). Ведь он от прямых лучей прятал, именно это отличает юг от других сторон. А значит повернув окно к Солнцу под углом, мы уменьшим площадь пропускания прямых лучей. =D
Это же квадрат. Значит, все его четыре стороны равны. То есть периметр - сумма длин сторон - равен 4А. Если по условию задачи 4А = 8 см, А = 8/4 = 2. Ну а площадь S = А*А, подставим числа и получим 2*2 = 4 квадратных сантиметра.
Для решения этой задачи необходимо воспользоваться знаменитой теоремой ковров (the carpet theorem), согласно которой "Если два ковра одинаковой площади перекрывают друг друга, то, не считая перекрытия, их оставшиеся части имеют равные площади".
Спрашивается, при чём тут ковры к нашему параллелограмму?
Представим, что у нас есть два куска ковра, которые покрывают наш параллелограм полностью: Один кусок - ∆TPL, а остаток - фигура, ограниченная замкнутой ломаной A-T-P-L-R-A. Площадь ∆TPL и сумма площадей ∆ATP и ∆PLR равна. Как это доказать?
Проведём линию, параллельную сторонам параллелограмма, от точки P на сторону TL в условную точку O.
∆TPO=∆TPA по второму признаку - у них общая сторона TP и равные прилегающие углы. Угол ATP углу TPO как внутренние накрест лежащие при параллельных AT и PO при секущей TP. Углы APT и PTO тоже равны по той же причине, но при параллельных AR и TL c секущей TP.
Аналогичным образом ∆RPL=∆OLP. Таким образом, площадь ∆TPL = 1/2 площади параллелограмма.
Теперь возьмёмся за иной ковёр из двух кусков.
Площадь фигуры, ограниченной замкнутой ломаной A-I-S-L-R-A равна площади многоугольника
AISLTA, и тоже равна 1/2 площади параллелограмма. Почему я так решил?
Проведем через точки I и S прямые, параллельные AR и TL (на картинке изобразил зелёным).
Каждая пара получившихся треугольников будет равной по тому же второму признаку равенства треугольников.
∆BSL=∆TLS (общая сторона и примыкающие углы равны как внутренние разносторонние при двух параллельных и секущей), ∆IDS=∆SBI, а ∆AID=∆DIS. А поскольку у нас площади этих фигур являются произведением сумм площадей треугольников (красных или соответственно белых на картинке 2), то и получаем, что эти два куска равны по площади, хоть и не обязательно одинаковы по форме.
Таким образом, мы доказали, что площадь ∆TPL = ∆AIS + ∆STL = половине площади параллелограмма S/2
Наконец, приступаем к поиску неизвестной. У нас есть две фигуры, площадь которых равна, хоть они и принципиально отличаются по форме. Это и есть наши два "ковра" AIS + STL и ∆TPL. Они накладываются друг на друга, образовывая фигуры c неизвестной площадью y и z (на картинке 3 - выделены зелёным).
Итак, у нас есть два варианта - либо используем указанное в начале определение из теоремы ковров, либо выводим это самостоятельно.
В варианте 1 нас не интересуют уже y и z, так как
Х+74+5=13+67
X+79=80
x=80-79=1
В варианте 2 мы просто идём через доказанное ранее равенство площадей фигур и подставляем имеющиеся данные:
∆TPL = z+67+y+13
∆AIS + ∆STL = x+z+74+y+5
x+z+74+y+5=z+67+y+13
x+z-z+y-y=67+13-74-5
x=80-79
x=1
Ответ - площадь оранжевого треугольника равна 1
НА самом деле, задача решается легко в одно действие если увидеть сразу эти "ковры" и не доказывать заново теорему.
Еще есть интересное видео на эту же тематику с похожей задачкой. Индийский акцент немного решет уши даже понимающим английский язык, но очень наглядно видно пояснение теоремы.