Имеется правильная восьмиугольная призма, все рёбра которой равны 2 м. В центре одной из боковых граней сидит паучок. Он может двигаться по поверхности призмы, пока не закончится его паутинка длины 3 м. Паучку стало интересно, существуют ли на основаниях призмы точки, до которых он может добраться не менее чем двумя различными кратчайшими путями, и при этом истратив всю паутинку. Помогите паучку посчитать количество таких точек.
Спрятать решениеРешение. Обозначим за O точку, в которой изначально сидит паучок. Будем искать точки с указанным свойством на нижней грани призмы. В силу симметрии конструкции такое же количество найденных точек будет и на верхней грани призмы. Пусть M — некоторая точка нижнего основания призмы с указанным свойством. Для попадания паучка на нижнюю грань, он должен пересечь нижнее ребро некоторой боковой грани. Рассмотрим варианты, при которых он мог это сделать. Рассмотрим развёртку боковой поверхности призмы. Она представляет собой прямоугольник размером м, состоящий из квадратов размера м. Пусть K — точка на нижнем основании этого прямоугольника, в которую попал паучок перед тем, как начать ползти по нижнему основанию призмы. По неравенству треугольника паучок должен двигаться к ней по отрезку ОК, так как иначе пройденное им расстояние увеличится. Расстояние от точки O до дальнего угла соседнего квадрата равно откуда следует, что точка K лежит либо на грани, с которой стартовал паучок, либо на грани, соседней со стартовой. Предположим, что два кратчайших расстояния реализовались, при этом в одном пути паучок пересёк ребро начальной грани, а в другом — ребро соседней грани. Рассмотрим две развёртки: на одной изобразим начальную грань, стартовую точку О и примыкающую к ней нижнюю грань; на другой изобразим начальную грань с той же стартовой точкой, но обозначенной и соседнюю грань с примыкающей к ней нижней гранью. Наложим эти развёртки. Проведём окружность с центром в точке O и радиусом 3 м. Тогда PQ — дуга этой окружности, заключенная внутри основания призмы. Пусть точка S — середина Проведём серединный перпендикуляр к стороне Пусть он пересечёт дугу PQ в точке M. Поскольку SM пройдёт через точку A. Точка M равноудалена от O и и м — по построению, следовательно, M — искомая. Других путей, реализуемых по выбранной соседней грани, нет, так как точка с указанным свойством должна лежать на дуге PQ и на прямой SA, а их пересечение единственно. В силу симметрии, такая же точка есть и на другой половине дуги, а кратчайшее расстояние до неё реализуется по другой соседней грани.
Теперь рассмотрим случай, когда два кратчайших расстояния реализовались, при этом в обоих путях паучок пересёк ребро соседней грани. Если при таком случае найдётся точка M с указанным свойством, то расстояние от неё до точки O будет больше трёх, иначе не будет кратчайшим путём. Все точки, расстояние от которых до точки O больше, чем до точки лежат выше прямой SM. Аналогичная прямая появится при рассмотрении развёртки с другой соседней гранью, а искомая точка должна находиться ниже этой прямой. Эти прямые составляют с нижним ребром стартовой грани угол 67,5°. Это означает, что прямые пересекутся вне грани основания призмы, и поэтому пересечение областей, в которых лежат точки с указанным свойством, пустое. В данном случае новых точек не появляется. По сказанному ранее, на верхней грани призмы существуют такие же две точки с указанным свойством, значит, всего точек четыре.
Ответ: 4.
Ответ: 4.