Дан правильный 20-угольник M. Найдите количество четвёрок вершин этого 20-угольника, являющихся вершинами выпуклых четырёхугольников, у которых есть хотя бы одна пара параллельных сторон.
Впишем данный многоугольник K1K2, ...., K20 в окружность. Каждый четырёхугольник с парой параллельных сторон определяется парой параллельных хорд с концами в точках K1K2, ...., K20.
Рассмотрим хорду, соединяющую две соседние вершины многоугольника, например, K6K8. Существуют ещё 9 хорд, параллельных ей (K5K8 и т. д.), т. е. получается набор из 10 параллельных друг другу хорд. Из них можно образовать пар параллельных отрезков.
Аналогичные наборы мы получим, если будем рассматривать все хорды, параллельные K1K2, ...., K10K11 — всего 10 таких наборов. Теперь возьмём хорду, соединяющую вершины, находящиеся через одну друг от друга, например, K6K8 Существуют ещё 8 хорд, параллельных ей (K5K9 и т. д.), т. е. получается набор из 9 параллельных друг другу хорд. Из них можно образовать пар параллельных отрезков. Этих наборов также 10.
В итоге получаем четырёхугольников. При таком способе подсчёта прямоугольники оказались учтены дважды. Заметим, что обе диагонали вписанного в окружность прямоугольника являются диаметрами, всего диаметров с вершинами в данных точках 10, и таким образом, выходит прямоугольников. Получаем четырёхугольников, имеющих хотя бы одну пару параллельных сторон.
Ответ: 765.