Cho số nguyên lớn hơn 3 và một đa giác đều có đỉnh. Một tam giác được gọi là phủ đa giác nếu tất cả các đỉnh của đều nằm trong tam giác hoặc nằm trên cạnh của tam giác. Tính số tam giác phủ đa giác tạo bởi ba đường thẳng chứa ba cạnh của đa giác .
Cho số nguyên lớn hơn 3 và một đa giác đều có đỉnh. Một tam giác được gọi là phủ đa giác nếu tất cả các đỉnh của đều nằm trong tam giác hoặc nằm trên cạnh của tam giác. Tính số tam giác phủ đa giác tạo bởi ba đường thẳng chứa ba cạnh của đa giác .
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
Gọi là đường tròn nội tiếp đa giác , ta thu được tiếp điểm của với .
Chọn ba cạnh của và gọi lần lượt là các tiếp điểm tương ứng theo chiều kim đồng hồ.
Gọi lần lượt là số khoảng giữa hai tiếp điểm liên tiếp khi đi từ đến , đến , đến .
Khi đó là các số nguyên dương và .
Bây giờ ta cần điều kiện để ba đường thẳng đã chọn tạo thành một tam giác phủ .
Giả sử hai tiếp tuyến tại cắt nhau tại thì nội tiếp, khi đó từ việc tam giác phủ ta suy ra được nên . Tương tự ta có và .
Ngược lại, giả sử thì tạo thành tam giác phủ vì khi đó 3 góc của tam giác đó là
Vậy điều kiện cần và đủ là .
Như thế, ta chỉ còn phải đếm các bộ số nguyên dương sao cho và .
Đặt , , thì và .
Ngược lại, mỗi bộ số nguyên dương thỏa mãn xác định duy nhất một bộ thỏa mãn các điều kiện trên nên theo bài toán chia kẹo Euler, số cách là .
Với một bộ có thứ tự cố định, có cách chọn tiếp điểm đầu tiên . Sau khi và đã được chọn thì hoàn toàn được xác định. Vì thế ta có cách chọn.
Trong cách chọn này, mỗi bộ xuất hiện đúng 3 lần nên số tam giác cần tìm là
Chọn ba cạnh của và gọi lần lượt là các tiếp điểm tương ứng theo chiều kim đồng hồ.
Gọi lần lượt là số khoảng giữa hai tiếp điểm liên tiếp khi đi từ đến , đến , đến .
Khi đó là các số nguyên dương và .
Bây giờ ta cần điều kiện để ba đường thẳng đã chọn tạo thành một tam giác phủ .
Giả sử hai tiếp tuyến tại cắt nhau tại thì nội tiếp, khi đó từ việc tam giác phủ ta suy ra được nên . Tương tự ta có và .
Ngược lại, giả sử thì tạo thành tam giác phủ vì khi đó 3 góc của tam giác đó là
Vậy điều kiện cần và đủ là .
Như thế, ta chỉ còn phải đếm các bộ số nguyên dương sao cho và .
Đặt , , thì và .
Ngược lại, mỗi bộ số nguyên dương thỏa mãn xác định duy nhất một bộ thỏa mãn các điều kiện trên nên theo bài toán chia kẹo Euler, số cách là .
Với một bộ có thứ tự cố định, có cách chọn tiếp điểm đầu tiên . Sau khi và đã được chọn thì hoàn toàn được xác định. Vì thế ta có cách chọn.
Trong cách chọn này, mỗi bộ xuất hiện đúng 3 lần nên số tam giác cần tìm là