Asupra poligoanelor regulate

Abstract

 

Autori

Cuvinte cheie

PDF

please click here:
https://ictp.acad.ro/wp-content/uploads/2025/10/1941-a-Popoviciu-Pozitiva-Asupra-poligoanelor-regulate.pdf

Citați articolul în forma

T. Popoviciu, Asupra poligoanelor regulate, Pozitiva, 2 (1941), pp. 92-97 (in Romanian).

Despre acest articol

Journal
Publisher Name
DOI

Not available yet.

Print ISSN

Not available yet.

Online ISSN

Not available yet.

Google Scholar Profile

[MR0017921]

Lucrare in format HTML

1941 a -Popoviciu- Pozitiva - Asupra poligoanelor regulate

Asupra poligoanelor regulate

de Tiberiu Popoviciu

  1. Sǎ considerăm un poligon regulat A 0 A 1 A n 1 A 0 A 1 A n 1 A_(0)A_(1)dotsA_(n-1)\mathrm{A}_{0} \mathrm{~A}_{1} \ldots \mathrm{~A}_{n-1}A0 A1 An1 de n n nnn laturi într'un plan. Fie P un punct din plan și
M 1 ( P ) = PA 0 + PA 1 + + PA n 1 n , M 2 ( P ) = PA 0 2 + P A 1 + + PA n 1 2 n . M 1 ( P ) = PA 0 ¯ + PA 1 ¯ + + PA n 1 n , M 2 ( P ) = PA ¯ 0 2 + P A 1 ¯ + + PA n 1 2 n . {:[M_(1)(P)=( bar(PA_(0))+ bar(PA_(1))+cdots+PA_(n-1))/(n)","],[M_(2)(P)=sqrt(( bar(PA)_(0)^(2)+ bar(PA_(1))+cdots+PA_(n-1)^(2))/(n)).]:}\begin{gathered} \mathrm{M}_{1}(\mathrm{P})=\frac{\overline{\mathrm{PA}_{0}}+\overline{\mathrm{PA}_{1}}+\cdots+\mathrm{PA}_{n-1}}{n}, \\ \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})=\sqrt{\frac{\overline{\mathrm{PA}}_{0}^{2}+\overline{\mathrm{P} A_{1}}+\cdots+\mathrm{PA}_{n-1}^{2}}{n}} . \end{gathered}M1(P)=PA0+PA1++PAn1n,M2(P)=PA02+PA1++PAn12n.
M 1 ( P ) M 1 ( P ) M_(1)(P)M_{1}(P)M1(P) este media aritmeticá iar M 2 ( P ) M 2 ( P ) M_(2)(P)M_{2}(P)M2(P) media patratică a distanțelor lui P de vârfurile poligonului. Avem totdeauna inegalitatea
M 1 ( P ) M ? ( P ) M 1 ( P ) M ? ( P ) M_(1)(P) <= M_(?)(P)M_{1}(P) \leqq M_{?}(P)M1(P)M?(P)
şi egalitatea nu este posibilă decât dacă PA = PA 1 = = PA n 1 PA ¯ = PA 1 ¯ = = PA n 1 ¯ bar(PA)= bar(PA_(1))=dots= bar(PA_(n-1))\overline{\mathrm{PA}}=\overline{\mathrm{PA}_{1}}=\ldots=\overline{\mathrm{PA}_{n-1}}PA=PA1==PAn1 Acest lucru are efectiv loc dacă și numai dacă P P PPP este centrul de greutate al poligonului. Cu alte cuvinte raportul
(1) E ( P ) = M 1 ( P ) M 1 ( P ) (1) E ( P ) = M 1 ( P ) M 1 ( P ) {:(1)E(P)=(M_(1)(P))/(M_(1)(P)):}\begin{equation*} E(P)=\frac{M_{1}(P)}{M_{1}(P)} \tag{1} \end{equation*}(1)E(P)=M1(P)M1(P)
are maximul egal cu 1 și acest maximum este atins dacă şi numai dacă P este centrul poligonului.
In cele ce urmează ne propunem să determinăm minimul raportului (1). E suficient să presupunem că centrul poligonului este originea și că vârfurile sunt reprezentate prin numerile complexe e i 2 k π n , k = 0 , 1 , n 1 e i 2 k π n , k = 0 , 1 , n 1 e^(i(2k pi)/(n)),k=0,1,dots n-1e^{i \frac{2 k \pi}{n}}, k=0,1, \ldots n-1ei2kπn,k=0,1,n1. Punctul variabil P P PPP va fi reprezentat prin numărul complex ρ e i θ , ρ ρ e i θ , ρ rhoe^(i theta),rho\rho e^{i \theta}, \rhoρeiθ,ρ fiind modulul iar θ θ theta\thetaθ argumentul, ρ 0 , 0 θ 2 π ρ 0 , 0 θ 2 π rho >= 0,0 <= theta <= 2pi\rho \geqq 0,0 \leqq \theta \leqq 2 \piρ0,0θ2π. Avem átunci
PA k = ρ 2 + 1 2 ρ cos ( θ 2 k π n ) , k = 0 , 1 , , n 1 M 3 ( P ) = ρ 2 + 1 PA k = ρ 2 + 1 2 ρ cos θ 2 k π n , k = 0 , 1 , , n 1 M 3 ( P ) = ρ 2 + 1 {:[PA_(k)=sqrt(rho^(2)+1-2rho cos(theta-(2k pi)/(n)))","k=0","1","dots","n-1],[M_(3)(P)=sqrt(rho^(2)+1)]:}\begin{gathered} \mathrm{PA}_{k}=\sqrt{\rho^{2}+1-2 \rho \cos \left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)}, k=0,1, \ldots, n-1 \\ \mathrm{M}_{3}(\mathrm{P})=\sqrt{\rho^{2}+1} \end{gathered}PAk=ρ2+12ρcos(θ2kπn),k=0,1,,n1M3(P)=ρ2+1
  1. Putem demonstra direct următoarea
Lemă. Raportul (1) are un minimum pozitiv atins pentru cel puţin un punct P din plan.
E ( P ) E ( P ) E(P)\mathrm{E}(\mathrm{P})E(P) este o functie continuă in tot planul și nu se anulează niciodată. Pe baza observațiilor de mai sus, dacă P 1 P 1 P_(1)P_{1}P1 este un punct diferit de origine, avem
deci
0 < E ( P 1 ) = 0 < 1 0 < E P 1 = 0 < 1 0 < E(P_(1))=0 < 10<E\left(P_{1}\right)=0<10<E(P1)=0<1
(010) min E ( P ) a < 1 min E ( P ) a < 1 quad minE(P) <= a < 1\quad \min \mathrm{E}(\mathrm{P}) \leqq a<1minE(P)a<1.
Dar PA k | ρ 1 | , M 2 ( P ) ρ + 1 Dar PA k ¯ | ρ 1 | , M 2 ( P ) ρ + 1 Dar bar(PA_(k)) >= |rho-1|,M_(2)(P) <= rho+1\operatorname{Dar} \overline{\mathrm{PA}_{k}} \geqq|\rho-1|, \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P}) \leqq \rho+1DarPAk|ρ1|,M2(P)ρ+1, deci
E ( P ) | p 1 | p + 1 E ( P ) | p 1 | p + 1 E(P) >= (|p-1|)/(p+1)\mathrm{E}(\mathrm{P}) \geqq \frac{|p-1|}{p+1}E(P)|p1|p+1
Dacă luăm ρ > 1 + α 1 α ρ > 1 + α 1 α rho > (1+alpha)/(1-alpha)\rho>\frac{1+\alpha}{1-\alpha}ρ>1+α1α, avem
E ( P ) > α . E ( P ) > α . E(P) > alpha.E(P)>\alpha .E(P)>α.
Rezultă că minimul lui E ( P ) E ( P ) E(P)E(P)E(P) în tot planul este acelaş c u c u cuc ucu minimul lui E ( P ) E ( P ) E(P)\mathrm{E}(\mathrm{P})E(P) în cercul cu centrul în origine și de rază 1 + α 1 α 1 + α 1 α (1+alpha)/(1-alpha)\frac{1+\alpha}{1-\alpha}1+α1α. Acest din urmă cerc este un domeniu închis și mărginit deci, după o teoremă a lui Weierstruss, minimul lui E ( P ) E ( P ) E(P)\mathrm{E}(\mathrm{P})E(P) este atins. Acest minimum nu poate fi nul căci E ( P ) E ( P ) E(P)\mathrm{E}(\mathrm{P})E(P) nu se anuleazá, deci
min E ( P ) > 0 . min E ( P ) > 0 . min E(P) > 0.\min E(P)>0 .minE(P)>0.
Putem observa de altfel că, din cauza simetriei, minimul esfe atins în cel puțin n n nnn puncte formând un poligon regulat cu centrul în origine.
3. Să trecem acum la determinarea efectivă a minimului.
Să presupunem că P se mişcă peo o semi-dreaptă ce pleacă din origine, cu alte cuvinte că θ θ theta\thetaθ este fix și ρ ρ rho\rhoρ variază dela 0 la + + +oo+\infty+. Să punem
t = 2 p p 2 + 1 t = 2 p p 2 + 1 t=(2p)/(p^(2)+1)t=\frac{2 p}{p^{2}+1}t=2pp2+1
Dacă ρ ρ rho\rhoρ variază dela 0 la + + +oo+\infty+, t t ttt creşte întâi dela 0 până la maximul său 1 pe care-l atinge pentru ρ = 1 ρ = 1 rho=1\rho=1ρ=1, pentru ca apoi să descrească tinzând către 0 . Avem
(2) E ( P ) = 1 n k = 1 n 1 1 t cos ( θ 2 k π n ) (2) E ( P ) = 1 n k = 1 n 1 1 t cos θ 2 k π n {:(2)E(P)=(1)/(n)sum_(k=1)^(n-1)sqrt(1-t cos(theta-(2k pi)/(n))):}\begin{equation*} \mathrm{E}(\mathrm{P})=\frac{1}{n} \sum_{k=1}^{n-1} \sqrt{1-t \cos \left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)} \tag{2} \end{equation*}(2)E(P)=1nk=1n11tcos(θ2kπn)
E (P) este atunci o funcție continuă de t t ttt în intervalul închis [ 0 , 1 ] [ 0 , 1 ] [0,1][0,1][0,1] și este indefinit derivabilă în intervalul semiînchis [ 0 , 1 ) [ 0 , 1 ) [0,1)[0,1)[0,1). Avem
d 2 E ( P ) d t 2 = 1 4 n k = 0 n 1 cos 2 ( θ 2 k π n ) [ 1 t cos ( θ 2 k π n ) ] 3 d 2 E ( P ) d t 2 = 1 4 n k = 0 n 1 cos 2 θ 2 k π n 1 t cos θ 2 k π n 3 (d^(2)E(P))/(dt^(2))=-(1)/(4n)sum_(k=0)^(n-1)(cos^(2)(theta-(2k pi)/(n)))/([sqrt(1-t cos(theta-(2k pi)/(n)))]^(3))\frac{d^{2} \mathrm{E}(\mathrm{P})}{d t^{2}}=-\frac{1}{4 n} \sum_{k=0}^{n-1} \frac{\cos ^{2}\left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)}{\left[\sqrt{1-t \cos \left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)}\right]^{3}}d2E(P)dt2=14nk=0n1cos2(θ2kπn)[1tcos(θ2kπn)]3
deci
d 2 E ( P ) d t 2 < 0 , in intervalul [ 0 , 1 ) d 2 E ( P ) d t 2 < 0 ,  in intervalul  [ 0 , 1 ) (d^(2)E(P))/(dt^(2)) < 0,quad" in intervalul "[0,1)\frac{d^{2} \mathrm{E}(\mathrm{P})}{d t^{2}}<0, \quad \text { in intervalul }[0,1)d2E(P)dt2<0, in intervalul [0,1)
Se ştie atunci că E ( P ) E ( P ) E(P)\mathrm{E}(\mathrm{P})E(P) este o funcţie concavă de t t ttt în intervalul închis [ 0 , 1 ] [ 0 , 1 ] [0,1][0,1][0,1]. Această funcție nu se reduce la o constantă, deci minimul ei nu poate fi atins decât pentru extremitățile intervalului, adică pentru t = 0 t = 0 t=0t=0t=0 sau t = 1 t = 1 t=1t=1t=1. Pentru t = 0 t = 0 t=0t=0t=0 avem E ( P ) = 1 E ( P ) = 1 E(P)=1\mathrm{E}(\mathrm{P})=1E(P)=1 deci minimul nu este atins decât pentru t = 1 t = 1 t=1t=1t=1 si atunci avem p = 1 p = 1 p=1p=1p=1.
Minimul expresiei (1) nu poate fi deci atlns decât pe ceroul circumscris poligonului. Fie deci ρ = 1 ρ = 1 rho=1\rho=1ρ=1 și să variem per. θ θ theta\thetaθ. Ev destul să considerăm, din cauza simetriei, cazul 0 θ 2 π n 0 θ 2 π n 0 <= theta <= (2pi)/(n)0 \leqq \theta \leqq \frac{2 \pi}{n}0θ2πn. Avem atunci
(3)
E ( P ) = 2 n k = 0 n 1 | sin ( θ 2 k π n ) | = E ( P ) = 2 n k = 0 n 1 sin θ 2 k π n = E(P)=(sqrt2)/(n)sum_(k=0)^(n-1)|sin((theta)/(2)-(k pi)/(n))|=\mathrm{E}(\mathrm{P})=\frac{\sqrt{2}}{n} \sum_{k=0}^{n-1}\left|\sin \left(\frac{\theta}{2}-\frac{k \pi}{n}\right)\right|=E(P)=2nk=0n1|sin(θ2kπn)|=
2 n [ sin θ 2 + k = 1 n sin ( k π n θ 2 ) ] 2 n sin θ 2 + k = 1 n sin k π n θ 2 (sqrt2)/(n)[sin((theta)/(2))+sum_(k=1)^(n)sin((k pi)/(n)-(theta)/(2))]\frac{\sqrt{2}}{n}\left[\sin \frac{\theta}{2}+\sum_{k=1}^{n} \sin \left(\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right)\right]2n[sinθ2+k=1nsin(kπnθ2)]
Avem însă
k = 1 n 1 sin k π n = cotg π 2 n , k = 1 n 1 cos k π n = 0 k = 1 n 1 sin k π n = cotg π 2 n , k = 1 n 1 cos k π n = 0 sum_(k=1)^(n-1)sin((k pi)/(n))=cotg((pi)/(2n)),quadsum_(k=1)^(n-1)cos((k pi)/(n))=0\sum_{k=1}^{n-1} \sin \frac{k \pi}{n}=\operatorname{cotg} \frac{\pi}{2 n}, \quad \sum_{k=1}^{n-1} \cos \frac{k \pi}{n}=0k=1n1sinkπn=cotgπ2n,k=1n1coskπn=0
deci
E ( P ) = 2 n [ sin θ 2 + cotg π 2 n cos θ 2 ] E ( P ) = 2 n sin θ 2 + cotg π 2 n cos θ 2 E(P)=(sqrt2)/(n)-[sin((theta)/(2))+cotg((pi)/(2n))cos((theta)/(2))]\mathrm{E}(\mathrm{P})=\frac{\sqrt{2}}{n}-\left[\sin \frac{\theta}{2}+\operatorname{cotg} \frac{\pi}{2 n} \cos \frac{\theta}{2}\right]E(P)=2n[sinθ2+cotgπ2ncosθ2]
şi
min E ( P ) = 2 n cotg π 2 n min E ( P ) = 2 n cotg π 2 n min E(P)=(sqrt2)/(n)cotg((pi)/(2n))\min E(P)=\frac{\sqrt{2}}{n} \operatorname{cotg} \frac{\pi}{2 n}minE(P)=2ncotgπ2n
care este atins numai pentru θ = 0 θ = 0 theta=0\theta=0θ=0 și θ = 2 n θ = 2 n theta=(2)/(n)\theta=\frac{2}{n}θ=2n.
Putem aşa dar enunta proprietatea următoare
Teorema 1. Dacă A i A I A n 1 A i A I A n 1 A_(i)A_(I)dotsA_(n-1)\mathrm{A}_{\mathrm{i}} \mathrm{A}_{\mathrm{I}} \ldots \mathrm{A}_{n-1}AiAIAn1 este un poligon regulat de n laturi şi P un punct din planul poligonului, avem
M 1 ( P ) V 2 n cotg π 2 n M 2 ( P ) M 1 ( P ) V 2 n cotg π 2 n M 2 ( P ) M_(1)(P) >= (V^(')2)/(n)cotg((pi)/(2n)M_(2))(P)\mathrm{M}_{1}(\mathrm{P}) \geqq \frac{\mathrm{V}^{\prime} 2}{n} \operatorname{cotg} \frac{\pi}{2 n} \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})M1(P)V2ncotgπ2nM2(P)
sau
PA 0 + PA 1 + + PA n 1 ) 2 2 cotg 2 π 2 n PA 0 2 + PA 1 2 + + PA n 1 ) PA ¯ 0 + PA ¯ 1 + + PA ¯ n 1 2 2 cotg 2 π 2 n PA ¯ 0 2 + PA ¯ 1 2 + + PA ¯ n 1 {: bar(PA)_(0)+ bar(PA)_(1)+dots+ bar(PA)_(n-1))^(2) >= 2cotg^(2)(pi)/(2n) bar(PA)_(0)^(2)+ bar(PA)_(1)^(2)+dots+ bar(PA)_(n-1))\left.\left.\overline{\mathrm{PA}}_{0}+\overline{\mathrm{PA}}_{1}+\ldots+\overline{\mathrm{PA}}_{n-1}\right)^{2} \geqq 2 \operatorname{cotg}^{2} \frac{\pi}{2 n} \overline{\mathrm{PA}}_{0}{ }^{2}+\overline{\mathrm{PA}}_{1}{ }^{2}+\ldots+\overline{\mathrm{PA}}_{n-1}\right)PA0+PA1++PAn1)22cotg2π2nPA02+PA12++PAn1)
egalitatea nefiind adevărată decât dacă P coincide cu unul din vârfurile poligonului.
4. Unele din rezultatele precedente se pot generaliza uşor. Sǎ considerăm, în loc de media aritmetică M 1 ( P ) M 1 ( P ) M_(1)(P)\mathrm{M}_{1}(\mathrm{P})M1(P), media de putere r r rrr a distanțelor lui P la vârfurile poligonului, adică
M r ( P ) = [ PA 0 r + PA 1 r + + PA n r n ] 1 r . M r ( P ) = PA 0 ¯ r + PA 1 r + + PA ¯ n r n 1 r . M_(r)(P)=[( bar(PA_(0))^(r)+PA_(1)r+dots+ bar(PA)_(n-)r)/(n)](1)/(r).\mathrm{M}_{r}(\mathrm{P})=\left[\frac{{\overline{\mathrm{PA}_{0}}}^{r}+\mathrm{PA}_{1} r+\ldots+\overline{\mathrm{PA}}_{n-} r}{n}\right] \frac{1}{r} .Mr(P)=[PA0r+PA1r++PAnrn]1r.
Dacă 0 < r < 2 0 < r < 2 0 < r < 20<r<20<r<2 avem încă M r ( P ) M 2 ( P ) M r ( P ) M 2 ( P ) M_(r)(P) <= M_(2)(P)\mathrm{M}_{r}(\mathrm{P}) \leqq \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})Mr(P)M2(P) iar dacă r > 2 r > 2 r > 2r>2r>2 avem M r ( P ) M 2 ( P ) M r ( P ) M 2 ( P ) M_(r)(P) >= M_(2)(P)\mathrm{M}_{r}(\mathrm{P}) \geqq \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})Mr(P)M2(P), egalitatea neputând avea loc, in ambele cazuri, decât dacă P P PPP este centrul poligonului. Fie
E r ( P ) = M r ( P ) M i ( P ) E r ( P ) = M r ( P ) M i ( P ) E_(r)(P)=(M_(r)(P))/(M_(i)(P))\mathrm{E}_{r}(\mathrm{P})=\frac{\mathrm{M}_{r}(\mathrm{P})}{\mathrm{M}_{i}(\mathrm{P})}Er(P)=Mr(P)Mi(P)
Dacă 0 < r < 2 , E r ( P ) 0 < r < 2 , E r ( P ) 0 < r < 2,E_(r)(P)0<r<2, \mathrm{E}_{r}(\mathrm{P})0<r<2,Er(P) are un minimum atins, iar dacă r > 2 r > 2 r > 2r>2r>2 un maximum atins. In cazul de faţă expresia (2) devine
şı
E r r ( P ) = 1 n k = 0 n 1 [ 1 t cos ( 0 2 k π n ) ] r 2 E r r ( P ) = 1 n k = 0 n 1 1 t cos 0 2 k π n r 2 E_(r)^(r)(P)=(1)/(n)sum_(k=0)^(n-1)[1-t cos(0-(2k pi)/(n))]^((r)/(2))\mathrm{E}_{r}^{r}(\mathrm{P})=\frac{1}{n} \sum_{k=0}^{n-1}\left[1-t \cos \left(0-\frac{2 k \pi}{n}\right)\right]^{\frac{r}{2}}Err(P)=1nk=0n1[1tcos(02kπn)]r2
d 2 E r r ( P ) d t 2 = r ( r 2 ) 4 k = 0 n 1 cos 2 ( θ 2 k π n ) [ 1 t cos ( θ 2 k π n ) ] r 2 2 d 2 E r r ( P ) d t 2 = r ( r 2 ) 4 k = 0 n 1 cos 2 θ 2 k π n 1 t cos θ 2 k π n r 2 2 (d^(2)E_(r)^(r)(P))/(dt^(2))=(r(r-2))/(4)sum_(k=0)^(n-1)cos^(2)(theta-(2k pi)/(n))[1-t cos(theta-(2k pi)/(n))]^((r)/(2)-2)\frac{d^{2} \mathrm{E}_{r}^{r}(\mathrm{P})}{d t^{2}}=\frac{r(r-2)}{4} \sum_{k=0}^{n-1} \cos ^{2}\left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)\left[1-t \cos \left(\theta-\frac{2 k \pi}{n}\right)\right]^{\frac{r}{2}-2}d2Err(P)dt2=r(r2)4k=0n1cos2(θ2kπn)[1tcos(θ2kπn)]r22
care este < 0 < 0 < 0<0<0 resp. > 0 > 0 > 0>0>0 după cum 0 < r < 2 0 < r < 2 0 < r < 20<r<20<r<2 resp. r > 2 r > 2 r > 2r>2r>2. Se deduce ca mai sus că minimul resp. maximul lui E r ( P ) E r ( P ) E_(r)(P)\mathrm{E}_{r}(\mathrm{P})Er(P) nu poate fi atins decât pe cercul circumscris poligonului
Expresia (3) devine acum
E r r ( P ) = ( 2 ) r n [ sin r θ 2 + k = 1 n 1 sin r ( k π n θ 2 ) ] E r r ( P ) = ( 2 ) r n sin r θ 2 + k = 1 n 1 sin r k π n θ 2 E_(r)^(r)(P)=((sqrt2)^(r))/(n)[sin^(r)((theta)/(2))+sum_(k=1)^(n-1)sin^(r)((k pi)/(n)-(theta)/(2))]\mathrm{E}_{r}^{r}(\mathrm{P})=\frac{(\sqrt{2})^{r}}{n}\left[\sin ^{r} \frac{\theta}{2}+\sum_{k=1}^{n-1} \sin ^{r}\left(\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right)\right]Err(P)=(2)rn[sinrθ2+k=1n1sinr(kπnθ2)]
Această expresie este o funcţie continuă de θ θ theta\thetaθ în intervalul [ 0 , 2 π n ] 0 , 2 π n [0,(2pi)/(n)]\left[0, \frac{2 \pi}{n}\right][0,2πn]. Avem, in intervalul deschis ( 0 , 2 π n ) 0 , 2 π n (0,(2pi)/(n))\left(0, \frac{2 \pi}{n}\right)(0,2πn)
d 2 E r r ( P ) d t 2 = r ( 2 ) r n 1 4 n k = 0 1 | sin r 2 ( k π n θ 2 ) | [ 1 r cos 2 ( k π n θ 2 ] d 2 E r r ( P ) d t 2 = r ( 2 ) r n 1 4 n k = 0 1 sin r 2 k π n θ 2 1 r cos 2 k π n θ 2 (d^(2)E_(r)^(r)(P))/(dt^(2))=-(r(sqrt2)^(rn-1))/(4n)sum_(k=0)^(1)|sin^(r-2)((k pi)/(n)-(theta)/(2))|[1-rcos^(2)((k pi)/(n)-(theta)/(2)]:}\frac{d^{2} \mathrm{E}_{r}^{r}(\mathrm{P})}{d t^{2}}=-\frac{r(\sqrt{2})^{r n-1}}{4 n} \sum_{k=0}^{1}\left|\sin ^{r-2}\left(\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right)\right|\left[1-r \cos ^{2}\left(\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right]\right.d2Err(P)dt2=r(2)rn14nk=01|sinr2(kπnθ2)|[1rcos2(kπnθ2]
și se vede că această derivată este totdeauna negativă dacă r 1 r 1 r <= 1r \leqq 1r1. Se poate dar enunța următoarea generalizare a teoremei 1.
Teorema 2. Dacă A 0 A 1 A n 1 A 0 A 1 A n 1 A_(0)A_(1)dotsA_(n-1)A_{0} A_{1} \ldots A_{n-1}A0A1An1 este un poligon regulat de n n nnn laturi, r r rrr un număr pozitiv 1 1 <= 1\leqq 11 si P P PPP un punct din planul poligonului, avem
M r ( P ) 2 n [ k = 1 n 1 sin r k π n ] r ¯ M 2 ( P ) M r ( P ) 2 n k = 1 n 1 sin r k π n r ¯ M 2 ( P ) M_(r)(P) >= (sqrt2)/(sqrtn)[sum_(k=1)^(n-1)sin^(r)((k pi)/(n))] bar(r)M_(2)(P)\mathrm{M}_{r}(\mathrm{P}) \geqq \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{n}}\left[\sum_{k=1}^{n-1} \sin ^{r} \frac{k \pi}{\mathrm{n}}\right] \bar{r} \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})Mr(P)2n[k=1n1sinrkπn]r¯M2(P)
egalitatea nefiind adevărată decât dacă P P PPP coincide cu unul din vârfurile poligonului.
5. Dară r > 1 r > 1 r > 1r>1r>1 problema e mai complicată. Vom examina aici numai cazul când r r rrr este un număr intreg pozitiv şi par, r = 2 m r = 2 m r=2mr=2 mr=2m. Totul revine atunci la evaluarea sumei
S m = k = 0 n 1 sin 2 m [ k π n θ 2 ] S m = k = 0 n 1 sin 2 m k π n θ 2 S_(m)=sum_(k=0)^(n-1)sin^(2m)[(k pi)/(n)-(theta)/(2)]\mathrm{S}_{m}=\sum_{k=0}^{n-1} \sin ^{2 m}\left[\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right]Sm=k=0n1sin2m[kπnθ2]
Să ne reamintim formula
sin 2 m α = 1 2 2 m ( 2 m m ) + 2 s = 1 m ( 1 ) s m m + s 2 m ) 2 2 m cos 2 s α sin 2 m α = 1 2 2 m ( 2 m m ) + 2 s = 1 m ( 1 ) s m m + s 2 m 2 2 m cos 2 s α sin^(2m)alpha=(1)/(2^(2m))((2m)/(m))+2sum_(s=1)^(m)((-1)^(s)_(m)_(m+s)^(2m)))/(2^(2m))cos 2s alpha\sin ^{2 m} \alpha=\frac{1}{2^{2 m}}\binom{2 m}{m}+2 \sum_{s=1}^{m} \frac{\left.(-1)^{s}{ }_{m}{ }_{m+s}^{2 m}\right)}{2^{2 m}} \cos 2 s \alphasin2mα=122m(2mm)+2s=1m(1)smm+s2m)22mcos2sα
Avem însă
k = 0 n 1 cos 2 s [ k π n θ 2 ] = { 0 , dacă s 0 ( mod n ) k = 0 n 1 cos 2 s k π n θ 2 = 0 ,       dacă       s 0 ( mod n ) sum_(k=0)^(n-1)cos 2s[(k pi)/(n)-(theta)/(2)]={[0","," dacă ",s≢0](modn):}\sum_{k=0}^{n-1} \cos 2 s\left[\frac{k \pi}{n}-\frac{\theta}{2}\right]=\left\{\begin{array}{lll}0, & \text { dacă } & s \not \equiv 0\end{array}(\bmod \mathrm{n})\right.k=0n1cos2s[kπnθ2]={0, dacă s0(modn)
deci
S m = n 2 2 m ( 2 m m ) + 2 n j = 1 ( m n ) ( 1 ) j n ( 2 m m + j n ) 2 2 m cos j n θ S m = n 2 2 m ( 2 m m ) + 2 n j = 1 m n ( 1 ) j n ( 2 m m + j n ) 2 2 m cos j n θ S_(m)=(n)/(2^(2m))((2(m))/((m)))+2nsum_(j=1)^(((m)/(n)))((-1)^(jn)((2m)/(m+jn)))/(2^(2m))cos jn theta\mathrm{S}_{m}=\frac{\mathrm{n}}{2^{2 m}}\binom{2 \mathrm{~m}}{\mathrm{~m}}+2 n \sum_{j=1}^{\left(\frac{m}{n}\right)} \frac{(-1)^{j n}\binom{2 m}{m+j n}}{2^{2 m}} \cos j n \thetaSm=n22m(2 m m)+2nj=1(mn)(1)jn(2mm+jn)22mcosjnθ
[ λ λ lambda\lambdaλ ] însemnând cel mai mare întreg λ λ <= lambda\leqq \lambdaλ.
In special dacă m < n m < n m < nm<nm<n, avem
S m = n 2 2 m ( 2 m m ) S m = n 2 2 m ( 2 m m ) S_(m)=(n)/(2^(2m))((2(m))/((m)))S_{m}=\frac{n}{2^{2 m}}\binom{2 \mathrm{~m}}{\mathrm{~m}}Sm=n22m(2 m m)
și se poate enunţa următoarea
Teorema 3. Dacă meste un număr întreg ( > 1 > 1 > 1>1>1 ) şi A 0 A 1 A n 1 A 0 A 1 A n 1 A_(0)A_(1)dotsA_(n-1)A_{0} A_{1} \ldots A_{n-1}A0A1An1 un poligon regulat de n m n m n >= mn \geq mnm laturi iar P P PPP un punct îr planul poligonului, avem
M 2 m ( P ) 1 2 ( 2 m m ) 1 2 m M 2 ( P ) M 2 m ( P ) 1 2 ( 2 m m ) 1 2 m M 2 ( P ) M_(2m)(P) <= (1)/(sqrt2)((2m)/(m))^((1)/(2m))M_(2)(P)\mathrm{M}_{2 m}(\mathrm{P}) \leqq \frac{1}{\sqrt{2}}\binom{2 m}{m}^{\frac{1}{2 m}} \mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})M2m(P)12(2mm)12mM2(P)
egalitatea nefiind adevărată decât dacă P P PPP este pe cercul circumseris poligonului.
Dacă avem m > n m > n m > nm>nm>n, se vede pe structura lui S m S m S_(m)S_{m}Sm că maximul este atins pentru θ = 0 θ = 0 theta=0\theta=0θ=0 si θ = 2 π n θ = 2 π n theta=(2pi)/(n)\theta=\frac{2 \pi}{n}θ=2πn dacă n n nnn este par şi pentru θ = π n θ = π n theta=(pi )/(n)\theta=\frac{\pi}{n}θ=πn dacă n n nnn este impar, deci
Teorema 4. Dacà A 0 A 1 A n 1 A 0 A 1 A n 1 A_(0)A_(1)dotsA_(n-1)A_{0} A_{1} \ldots A_{n-1}A0A1An1 este un poligon regulat de n ( 3 ) n ( 3 ) n( >= 3)n(\geqq 3)n(3) laturi şi m m mmm un număr întreg si pozitiv >in, oricare ar fi punctul P P PPP din planul poligonului avem
M 2 m ( P ) M 2 ( P ) 1 2 [ ( 2 m m ) + 2 j = 1 [ m n ] ( 2 m m + j n ) ] 1 2 m M 2 m ( P ) M 2 ( P ) 1 2 ( 2 m m ) + 2 j = 1 m n ( 2 m m + j n ) 1 2 m (M_(2m)(P))/(M_(2)(P)) <= (1)/(sqrt2)[((2m)/(m))+2sum_(j=1)^([(m)/(n)])((2m)/(m+jn))]^((1)/(2m))\frac{\mathrm{M}_{2 m}(\mathrm{P})}{\mathrm{M}_{2}(\mathrm{P})} \leqq \frac{1}{\sqrt{2}}\left[\binom{2 m}{m}+2 \sum_{j=1}^{\left[\frac{m}{n}\right]}\binom{2 m}{m+j n}\right]^{\frac{1}{2 m}}M2m(P)M2(P)12[(2mm)+2j=1[mn](2mm+jn)]12m
egalitatea nefiind adevarată decât dacă
1 0 n 1 0 n 1^(0)n1^{0} n10n fiind par, P P PPP coincide cu unul din vârfurile poligonului.
2 0 n 2 0 n 2^(0)n2^{0} n20n fiind impar, P P PPP coincide cu mijlocul unui arc de cerc circumscris limitat de două vârfuri consecutive ale poligonului.
6. Pentru a încheia atrag atentia cetitorilor asupra faptului că mai multe din rezultatele precedente ar fi interesante de complectat. In primul rând ar trebui văzut, în cazul special examinat de noi, ce se întâmplă dacă r r rrr este un nnmăr pozitiv oarecare mai mare ca 1. Ar trebui pe urmă examinat cazul când în loc de un poligon regulat se ia un poligon oarecare. Se poate ușor vedea că în general (pentru un poligon oarecare) raportul
M p ( P ) M q ( P ) M p ( P ) M q ( P ) (M_(p)(P))/(M_(q)(P))\frac{\mathrm{M}_{p}(\mathrm{P})}{\mathrm{M}_{q}(\mathrm{P})}Mp(P)Mq(P)
unde 0 < p < q 0 < p < q 0 < p < q0<p<q0<p<q, are un minimum atins. Acest minimum depinde de poligonul considerat și are un maximum când acest poligon variază. Este foarte probabil că acest „maximum minimorum " este atins, în particular, pentru un poligon regulat.
Bucureşti, 29 Noembrie 1941.
1941

Related Posts

Nu am găsit niciun rezultat.