In the space, 2016 distinct spheres are arranged. Some of these spheres are red, and the others are green. Each tangency point of two spheres of different colors is marked in blue. Find the greatest possible number of blue points. (A. Kuznetsov)
В пространстве расположены 2016 сфер, никакие две из них не совпадают. Некоторые из сфер — красного цвета, а остальные — зелёного. Каждую точку касания красной и зелёной сферы помечают синим цветом. Найдите наибольшее возможное количество синих точек. (А. Кузнецов)
Solutions — 2
Solution 1
10082=1016064 points.
One may arrange the spheres so that there are 1008 red and 1008 green spheres, and each pair of a red and a green sphere is tangent at a separate blue point. Arrange the centers Ri of equal red spheres along a circle centered at O, arrange the centers Gi of green spheres along a line passing through O and perpendicular to the plane of the circle (see Fig. 11).
Now, if a green sphere is tangent to one red sphere, it is tangent to all of them.
Solution 2
10082=1016064 точек.
Пусть среди сфер есть r красных и 2016−r зелёных. Так как у любых двух сфер максимум одна точка касания, количество синих точек не превосходит r(2016−r)=10082−(1008−r)2≤10082.
Предъявим пример с таким количеством синих точек. Пусть ℓ — некоторая прямая, α — плоскость, перпендикулярная ℓ и пересекающая её в точке O, а ω — окружность с центром O и радиусом 1, лежащая в α. Построим 1008 красных сфер одинакового радиуса r<1 с различными центрами R1,R2,…,R1008, лежащими на ω.
Пусть G1,G2,…,G1008 — различные точки на ℓ, удалённые от O на расстояния d1,d2,…,d1008. Тогда расстояние между Gi и любой точкой Rj равно 1+di2. Построим зелёную сферу с центром Gi и радиусом 1+di2−r; тогда она будет касаться всех красных сфер. При этом все точки касания будут попарно различными, поскольку они лежат на отрезках вида RjGi, которые не имеют общих точек, кроме концов. Значит, в нашей конструкции действительно будут отмечены 10082 синих точек.
Want a route through all this instead of an archive? The track
puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.
Source: MathNet,
licensed CC-BY-4.0.
Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.