Клетчатая решётка (координатная плоскость) и точки, отрезки, прямые на ней
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На координатной плоскости дан прямоугольник с целочисленными координатами вершин, отличный от квадрата. Докажите, что можно провести несколько прямых, параллельных сторонам прямоугольника, так, что прямоугольник разобьется на квадраты с целочисленными координатами вершин.
Источники:
Подсказка 1
Давайте сначала "причешем" задачу, чтобы нам было удобнее её решать. Нам дали произвольный прямоугольник с вершинами в целых точках. Тогда как, не умаляя общности, можно его представить на координатной плоскости?
Подсказка 2
Верно, можно изобразить прямоугольник с одной из вершин в начале координат O, потому что иначе сделаем сдвиг на соответствующий вектор, и ничего не поменяется. Давайте теперь решать задачу на языке векторов. Введите обозначения для координат вершин прямоугольника. Как теперь можно записать условие перпендикулярности смежных сторон с точкой O?
Подсказка 3
Ага, на языке векторов это будет значить, что их скалярное произведение равно 0. Отлично, уже что-то! Теперь нужно как-то воспользоваться целостностью координат. Попробуем разобрать два случая, когда координаты точек взаимно просты и когда это не так. Давайте сначала рассмотрим первый случай. Почему в этом случае можно сказать, что наш исходный прямоугольник это квадрат?
Подсказка 4
Пусть координаты вершин были (p;q) и (m;n). Тогда из прошлой подсказки мы знаем, что pm + qn = 0, а из взаимной простоты получаем, что p = ±n, q = ±m. В этом случае всё понятно. Пусть теперь НОД(p;q) = k. Тогда какие координаты точек на одной стороне хорошо бы рассмотреть? Аналогично с другими координатами.
Подсказка 5
Верно, давайте рассмотрим координаты точек (pi;qi), где i = 1, 2, 3,..., k-1, и проведём через них прямые, параллельные стороне OB. Они пересекут в каких-то точках противоположную сторону прямоугольника, причём для них выполняется определённое равенство для векторов. Теперь если же m и n взаимно просты, то проделайте те же действия. Осталось только понять, почему это решает задачу и аккуратно довести её до конца.
Пусть 
— данный прямоугольник. Без ограничения общности можно считать, что 
— начало координат: иначе сместим начало
координат в точку 
а в конце сделаем сдвиг на целочисленный вектор 
Обозначим векторы 
где
, 
— целые числа. Поскольку 
и 
взаимно перпендикулярны, их скалярное произведение равно нулю, т.е.
(этот факт также следует из соотношения для угловых коэффициентов перпендикулярных прямых 
и
).
Рассмотрим сначала случай, когда 
и 
не взаимно просты. Тогда 
НОД(
В этом случае рассмотрим
на стороне 
промежуточные точки 
где 
Проведём через точки 
прямые,
параллельные стороне 
Они пересекут сторону 
в точках 
где 
Таким образом, точки 
и 
имеют целочисленные координаты и тем самым, прямые 
разбивают прямоугольник 
на 
прямоугольников с целочисленными вершинами. Назовем это разбиением первого
типа.
Аналогично, если 
и 
не взаимно просты, то прямыми, параллельными стороне 
разобьем 
на меньшие
прямоугольники с целочисленными вершинами. Назовем это разбиением второго типа; прямые этого разбиения проходят через
промежуточные точки 
на стороне 
где 
а 
— наибольший общий делитель 
и 
Заметим, что в случае, когда одновременно 
и 
прямые первого и второго разбиений разбивают
прямоугольник 
на 
равных прямоугольников с вершинами в точках 
где 
т.е. все вершины имеют целочисленные координаты.
Итак, приходим к случаю, когда координаты каждого из векторов 
взаимно просты. Но тогда из равенства 
получим, что
(действительно, из этого равенства следует, что 
делится на 
и, в то же время, 
делится на 
значит,
аналогично, 
с учетом знака в данном равенстве). В этом случае стороны прямоугольника 
равны:
и наш прямоугольник квадрат.
Специальные программы
Программа
лояльности v2.0
Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!
Крути рулетку
и выигрывай призы!
Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.
Бесплатное онлайн-обучение
Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.
Налоговые вычеты
Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».
Специальное предложение
для учителей
Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!
Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ
Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!
