Из 30 экзаменационных вопросов студент выучил половину. какова вероятность того, что он ответит: а) на 3 заданных вопроса; б) на 2 из 3 заданных вопроса?
Пусть на плоскости изобразили конечное количество точек и всевозможные середины отрезков с вершинами в данных точках.
Ясно, что раз изначальных точек и середин конечное количество, то всевозможные отрезки с вершинами в данных точках и серединах будут иметь конечное количество значений углов с горизонтом в данной плоскости. Благодаря этому всегда можно провести в данной плоскости такую прямую a, которая образует с горизонтом такой угол x, чтобы угол равный 90° - x отличался от всевозможных углов, которые образуют отрезки с концами в данных точках и серединах.
Таким образом, если спроецировать все точки и середины на данную прямую, то количество полученных различных проекций будет совпадать с количеством всех различных точек и середин в данной плоскости, ведь из-за отличия угла 90° - x данной прямой со всеми остальными углами не существует такой пары точек, что образовывала бы отрезок, который перпендикулярен прямой a, иначе говоря, никакие две точки не спроецируютcя в одну, при этом из теоремы Фалеса следует, что проекции всех середин являются серединами всех отрезков в вершинах полученных проекций точек.
Как видим, мы смогли свести 2-d задачу к 1-d, то есть осталось доказать, что если на некоторой произвольной прямой обозначить n точек, то получим не менее 2n - 3 середин в отрезках в данных точках.
Покажем, что при добавлении на прямую с самого правого края некоторой новой точки, количество середин увеличится как минимум на 2.
Действительно, добавив новую точку ak+1 cправа от самой правой точки ak, получим новую, cамую правую середину b2 отрезка akak+1 (cмотрите рисунок).
Cередину отрезка ak-1ak обозначим b0, а середину отрезка ak-1ak+1 как b1. Очевидно, что ak-1ak < ak-1ak+1, то есть середина b1 будет правее середины b0, по тем же самым рассуждениям середина b1 будет левее середины b2.
Как видим, имеем 3 различные не совпадающие друг с другом середины b0,b1,b2. Средина b0 была до добавления справа точки ak+1, а значит с добавлением новой точки ak+1 прибавилось как минимум две новые середины b1 и b2. Все остальные середины находятся левее точки b0 и не могут совпадать с данными тремя точками.
Очевидно, что между двумя точками ровно одна середина, тогда учитывая вышеописанный принцип из n точек можно получить как минимум: 1 + 2(n-2) = 2n-3 различных середин, ведь при прибавлении справа новой точки получаем как минимум две новые середины.
Можно добиться того, чтобы можно было получить ровно 2n-3 середин, для этого все расстояния между соседними точками должны быть одинаковыми (разбиение отрезка на равные части). В этом случае некоторые середины будут совпадать со всеми не крайними точками, которых n-2, а все остальные середины будут серединами отрезков в соседних точках, которых n-1. Всего: n-2 + n-1 = 2n-3 середины.
Для сравнения возьмем наибольшую скорость животных:
1) 600 м/мин = 600 * 60 = 36000 м/ч = 36 км/ч − скорость аиста;
2) 90 км/ч − скорость голубя;
3) 60 км/ч − скорость воробья;
4) 72 км/ч − скорость колибри;
5) 30 м/с = 30 * 3600 = 108000 м/ч = 108 км/ч − скорость гепарда;
6) 25 м/с = 25 * 3600 = 90000 м/ч = 90 км/ч − скорость антилопы;
7) 80 км/ч − скорость льва;
8) 500 м/мин = 500 * 60 = 30000 м/ч = 30 км/ч − скорость страуса;
9) 1 км/мин = 1 * 60 = 60 км/ч − скорость зебры;
10) 750 м/мин = 750 * 60 = 45000 м/ч = 45 км/ч − скорость жирафа.
30 < 36 < 45 < 60 < 72 < 80 < 90 < 108 < 180, тогда список животных, начиная с самого медленного, заканчивая самым быстрым выглядит так:
страус < аист < жираф < воробей, зебра < колибри < лев < голубь, антилопа < гепард < стриж.
Пусть на плоскости изобразили конечное количество точек и всевозможные середины отрезков с вершинами в данных точках.
Ясно, что раз изначальных точек и середин конечное количество, то всевозможные отрезки с вершинами в данных точках и серединах будут иметь конечное количество значений углов с горизонтом в данной плоскости. Благодаря этому всегда можно провести в данной плоскости такую прямую a, которая образует с горизонтом такой угол x, чтобы угол равный 90° - x отличался от всевозможных углов, которые образуют отрезки с концами в данных точках и серединах.
Таким образом, если спроецировать все точки и середины на данную прямую, то количество полученных различных проекций будет совпадать с количеством всех различных точек и середин в данной плоскости, ведь из-за отличия угла 90° - x данной прямой со всеми остальными углами не существует такой пары точек, что образовывала бы отрезок, который перпендикулярен прямой a, иначе говоря, никакие две точки не спроецируютcя в одну, при этом из теоремы Фалеса следует, что проекции всех середин являются серединами всех отрезков в вершинах полученных проекций точек.
Как видим, мы смогли свести 2-d задачу к 1-d, то есть осталось доказать, что если на некоторой произвольной прямой обозначить n точек, то получим не менее 2n - 3 середин в отрезках в данных точках.
Покажем, что при добавлении на прямую с самого правого края некоторой новой точки, количество середин увеличится как минимум на 2.
Действительно, добавив новую точку ak+1 cправа от самой правой точки ak, получим новую, cамую правую середину b2 отрезка akak+1 (cмотрите рисунок).
Cередину отрезка ak-1ak обозначим b0, а середину отрезка ak-1ak+1 как b1. Очевидно, что ak-1ak < ak-1ak+1, то есть середина b1 будет правее середины b0, по тем же самым рассуждениям середина b1 будет левее середины b2.
Как видим, имеем 3 различные не совпадающие друг с другом середины b0,b1,b2. Средина b0 была до добавления справа точки ak+1, а значит с добавлением новой точки ak+1 прибавилось как минимум две новые середины b1 и b2. Все остальные середины находятся левее точки b0 и не могут совпадать с данными тремя точками.
Очевидно, что между двумя точками ровно одна середина, тогда учитывая вышеописанный принцип из n точек можно получить как минимум: 1 + 2(n-2) = 2n-3 различных середин, ведь при прибавлении справа новой точки получаем как минимум две новые середины.
Можно добиться того, чтобы можно было получить ровно 2n-3 середин, для этого все расстояния между соседними точками должны быть одинаковыми (разбиение отрезка на равные части). В этом случае некоторые середины будут совпадать со всеми не крайними точками, которых n-2, а все остальные середины будут серединами отрезков в соседних точках, которых n-1. Всего: n-2 + n-1 = 2n-3 середины.
Что и требовалось доказать.