Комбинаторика на Всесибе: игры, графы, конструктивы

Каждой паре выбранных точек соответствует длина отрезка, их соединяющего, которая может принимать различных значений (длины диагоналей или стороны). Всего пар . Если равны длины каких-то трёх отрезков, то по принципу Дирихле у каких-то двух есть общая точка, они и образуют равнобедренный треугольник.

Далее рассмотрим более сложный случай, то есть есть не более двух отрезков для каждой длины. Отсюда следует, что пар с равной длиной будет хотя бы . Если в какой-то паре отрезки совпали по одной из вершин, то мы нашли нужный треугольник, потому считаем, что в каждой паре отрезков все четыре вершины различны, то есть образуют четырёхугольник, в котором равны либо две стороны, либо диагонали.

Заметим, что обе пары сторон равны быть не могут, поскольку тогда мы бы получили прямоугольник, а в -угольнике не может быть диагонали-диаметра. Отсюда следует, что в четырёхугольнике не более двух пар равных отрезков, одной из которых будут диагонали. Однако пары равных отрезков три, потому есть два различных четырёхугольника, которые пересекаются по трём точкам (всего точек ).

Заметим, что каждый четырёхугольник является равнобедренной трапецией, в которой диагональ является наибольшим отрезком. При выборе любых трёх точек диагональ будет одним (наибольшим) из отрезков полученного треугольника, потому диагонали трапеций равны. Но тогда они образуют три равных отрезка из первого пункта, поскольку обе диагонали различных четырёхугольников не могут совпадать.