Для каких положительных целых n > 2 существует многоугольник с n вершинами (не обязательно выпуклый) такой, что каждая его сторона параллельна какой-либо другой его стороне?
1. Если n — чётное, то такой многоугольник существует. Достаточно взять правильный n-угольник.
2. Для n = 3 или 5 такого быть не может. Действительно, никакие две стороны в треугольнике не параллельны. Если каждая из сторон пятиугольника была бы параллельна другой стороне, мы бы нашли три параллельные стороны, при этом две из них должны были бы пересекаться. Это невозможно.
3. Для n = 7 такой многоугольник существует. Пример приведён на рисунке 1.
Докажем методом математической индукции, что для нечётного положительного числа n > 5 искомый многоугольник существует. Пусть для некоторого целого k существует k-угольник, удовлетворяющий условию задачи. Выберем вершину, в которой внутренний угол многоугольника меньше 180°. Теперь отрежем маленький параллелограмм как показано на рисунке 2. Мы получим (k + 2)-угольник, удовлетворяющий условию задачи.
Ответ: при и