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两道数学题

  1. 在某星系的每个星球上,都有一位天文学家在观察最近的星球,星球之间的距离各不相等。证明:如果星球的数目为奇数,则必有某个星球无人观察。

  2. 一个物体在两个平面上的平行投影都是圆。证明:这两个圆的半径相等。

这两道题分别取自1966年全俄罗斯和1971年全苏联数学奥林匹克竞赛,受试者都是八到十年级的学生。

第一题,我们假设共有$n$个星球。如果选取两个相距最近的星球,显然,两个星球上的天文学家在互相观察。接下来剩下$n-2$个星球:如果这$n-2$个星球中至少有一个天文学家在观察之前选取的星球,那么必有星球无人观察;如果取出的两个星球没有其他人观察,那么就对这$n-2$个星球取出两个相距最近的星球,重复操作。由于$n$是奇数,所以最终会剩下一个星球无人观察。

第二题,如果两个平面平行,那么显然成立。如果不平行,考虑该物体在两个平面的交线$l$上的投影。显然这个投影既是物体在一个平面上的投影再向$l$上的投影,又是物体在另一个平面上的投影再向$l$上的投影。而圆向所在平面内的直线所作的投影都是一条长度等于直径的线段。

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