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数学小故事

数学探险故事之荒岛历险15(海外部经理罗伯特)

发布时间:2022-05-31数学小故事 问为何
也不知怎么回事,这两天许多外国旅游者接连来岛上。他们被岛上美丽的风光所吸引,在岛上到处跑。罗克得知其中有一艘豪华旅游船将开往美国。罗克非常高兴,想搭乘这艘船去美国参赛。乌西亲自和船长联系,船长同意后

也不知怎么回事,这两天许多外国旅游者接连来岛上。他们被岛上美丽的风光所吸引,在岛上到处跑。罗克得知其中有一艘豪华旅游船将开往美国。罗克非常高兴,想搭乘这艘船去美国参赛。乌西亲自和船长联系,船长同意后,乌西给罗克买了船票,船明天早晨出发。
为了感谢罗克在寻找珍宝中做出的巨大贡献,乌西给罗克举行了盛大的宴会。神圣部族所有头面人物都出席了宴会,美酒佳肴,欢歌笑语,好不热闹。神圣部族的成员本来酒量就大,再加上百年珍宝出土,宴会上大家大碗大碗地喝酒。没等宴会散了,一个个已酩酊大醉,东倒西歪,语言不清了。
罗克是滴酒不沾的。他吃了一点菜就悄悄离开了宴会厅,准备回到住所整理一下行装。海岛的夜色特别美好,一轮圆月高挂天空,月光给远处的沙滩涂上了一层白银,海浪声和风吹椰树的沙沙声汇成了一首十分悦耳的乐曲,罗克陶醉了。
突然,一个口袋把罗克的脑袋套住了,然后被人背在身上。尽管罗克拼命挣扎,无奈脑袋被口袋罩住叫不出声来,被人家背走啦!
走了大约有10分钟的时间,罗克被放到了地上。摘下口袋,罗克用手揉了揉眼睛定睛一看,这不是望海石吗?一块酷似人头像的黑色大石头,面向着海洋。他再向左右一看,两边各站着一个膀大腰圆的青年人,另一个是年龄有 50 岁左右的中年男子,正全神贯注地看着他。这个中年人衣着十分考究,留着八字胡,系着一根黑白条纹领带,嘴里叼着一只烟斗。显然,这三个陌生人都是来岛的外国旅游者。
中年人嘴边挂着得意的微笑,围着罗克慢慢地踱着步子,一边说:“我们E国L珠宝公司,盯住神圣部族的老首领麦克罗隐藏的珍宝,已有一个世纪了。前些日子小个子杰克给我们发来了情报,说一名叫罗克的中国学生,帮助他们找到了这批珍宝。杰克又给我们发来情报,说他已经把珍宝弄到了手,让我们赶紧派人来接这批珍宝。可是,紧接着杰克第三次送来情报,询问你这个罗克,是不是L珠宝公司派来取珍宝的人?说你已经答对了规定暗号的前两道题。我一想,不好,出事啦!我这次只好亲自出马喽。”
罗克问:“你是谁?”
旁边的一个青年说:“这是我们L珠宝公司海外部经理罗伯特先生。”
罗伯特点了点头说:“是的。E 国本土以外的珍宝和古董的买卖、特工人员的派遣,全部由我负责。我从来没有派遣你罗克来取珍宝呀!”
罗克把头一扭,“哼”了一声。
罗伯特笑了笑说:“幸好,小个子杰克留了个心眼,没有把三道题目都对你讲,只讲了两道。其实,把第三道题告诉你,你也答不出来。”
罗克摇了摇脑袋说:“我不信!”
“不信你就听着。”罗伯特说,“威力无比的太阳神阿波罗,要经常巡视他管辖的三个星球。他巡视的路线是:从他的宫殿出发,到达第一个星球视察后,回到自己的宫殿休息一下;再去第二个星球视察后,又回到自己的宫殿休息;最后去第三个星球视察后,再回到宫殿。一天,阿波罗心血来潮,想把自己的宫殿搬到一个合适的位置,使自己巡视三个星球时,所走的路程最短。你说,阿波罗选择什么地方建宫殿最合适?”
罗克把眼一瞪说:“你没有告诉我这三个星球的位置,我怎么解呀?”
“随便找三个点就行。”罗伯特随手在地上画了三个点。
罗克稍微想了一下说:“我把这三个星球分别叫做A、B、C点,连接这3点构成一个三角形。这样一来,问题转化为一个数学问题了:求一点O,使得OA+OB+OC最小。”
罗伯特点了点头说:“不愧人家称你为大数学家,果然名不虚传。”
罗克连说带画,他说:“以△ABC 的三边为边,依次向外做 3 个等边三角形:△ABC',△BCA',△ACB'。连接 CC'和 BB',两线交于 O,则 O就是阿波罗建宫殿的位置。”

罗伯特吸了一口烟,又缓缓吐了出来。他不慌不忙地问:“什么道理?”
“道理嘛,可就要难一点。”罗克眨巴着大眼睛问,“你不怕证明过程比较长吗?”
罗伯特笑了笑说:“不怕,难题证起来自然要点力气喽!”
“不怕就好。”罗克说,“这个问题要分两部分证明。你看这个图,我连接OA,先来证明A、O、A'三点共线。”
罗克向旁边的青年要了一张纸、一支笔,开始写出第一部分证明:
由于你画的三角形每个角都小于120°,所以O点必在△ABC的内部。在△ABB'和△AC'C中,
∵AB'=AC,AB=AC'(等边三角形两边相等),
又∵∠BAB'=∠BAC+∠CAB'
=∠BAC+∠C'AB=∠C'AC,
∴ △ABB'≌△AC'C(边,角,边)。
由于全等三角形的对应高相等,所以 A 点到 OB'、OC'的距离相等,A点必在∠B'OC'的角平分线上。
∵∠AB'B=∠ACC'(全等三角形中对应角相等)
∴B'、C点必在以AO为弦的圆弧上,也就是A、O、C、B'四点共圆。
∵∠COB'=∠CAB'=60°(圆弧上的圆周角相等)
∴∠BOC=180°—60°=120°,而∠BA'C=60°,
因此A'、B、O、C一定共圆。
∵A'B=A'C,

∴OA'为∠BOC的角平分线。
又∵∠BOC与∠B'OC'为对顶角
∴A、O、A'三点共线。也就是说AA'、BB'、CC'三线共点。
罗克抬起头来问罗伯特说:“你看懂了吗?”
“哈、哈。”罗伯特大笑了两声说,“我是大学数学系毕业,能连这么个简单的证明都看不懂?笑话!”
“嗯?”罗克好奇地问,“你是学数学的,怎么干起偷盗人家国宝的缺德事?”
罗伯特磕掉烟斗里的烟灰说:“不干缺德事挣不了大钱呀!数学再美好,也变不成金钱呀!”
“哼,学数学的也出了你这么个败类!”罗克狠狠瞪了罗伯特一眼。
罗伯特摆摆手说:“废话少说,你快把第二部分给我证出来!”
罗克连话也没说,就低头写了起来:
∵前面已证明O、C、B'、A四点共圆,
又∠AB'C=60°,
∴∠AOC=120°。
同理可证∠BOC=∠BOA=120°。
如下图,过 A、B、C分别作OA、OB、OC的垂线,两两相交构成新的三角形DEF。

∵∠AOB=∠BOC=∠AOC=120°,
∴∠D=∠E=∠F=60°,
即△DEF为等边三角形。
设等边△DEF的边长为a,高为h。


∴OA+OB+OC=h。(1)
任取异于O的点O',由于O'点的位置不同,可分O'点在△DEF的内部、边上、外部三种情况进行讨论。
我们先讨论O'在△DEF的内部。

类似的方法可证明O'在△DEF上及△DEF外的情况。
罗克把证明结果往罗伯特面前一推说:“第二部分证完了,你自己去看吧!”
罗伯特把证明仔细看了两遍,点了点头说:“不愧是位大数学家,这么难的历史名题被你轻易证出来了。”
罗克说:“题目我也给你做出来了,是不是该放我走了。我明天要乘船去华盛顿,今天要收拾一下行装。”
“去华盛顿,那太容易了。港口停泊的那艘豪华游船就是我们L珠宝公司的,可以随时为你服务。不过??”罗伯特讲到这儿突然又把话停住了。
“不过,你有什么话痛痛快快地说出来,不用装腔作势!”罗克一点儿也不客气。
“好!既然你喜欢痛快,那我就直说了吧!”罗伯特猛地吸了一口烟,说,“我们L珠宝公司盯住神圣部族的这份珍宝已有很长时间了,今日一旦被发掘出来,怎么会轻易放手呢?我们想请你帮帮忙?把这批珍宝给我们弄到手!”
罗克摇摇头说:“我怎么能帮这个忙?对不起,我帮不了你们的忙。”
罗伯特摆摆手说:“不要把话说绝了!你如能帮我们把珍宝弄到手,原来答应给小个子杰克的200万英镑给你。你知道200万英镑有多少?它可以买一座城市!”
罗克笑了笑说:“200 万英镑买一座城市?哪有那么便宜的城市?你不用骗我,我也不要那200万英镑。”
罗伯特把双眉一皱说:“如果你执意不同意,那就别怪我不客气啦!伙计,给他点颜色看看!”两名打手拿出一根绳子,上来就把罗克双手捆在一起,准备把他吊在树上。