Районная олимпиада, 2005-2006 учебный год, 11 класс

Единичные квадраты $ABCD$ и $EFGH$ имеют стороны $AB||EF$ и площадь пересечения $1/16$. Найдите минимальное возможное расстояние между центрами этих квадратов.

Комментарий/решение

Впишем в координатную плоскость $XOY$ наш единичный квадрат $ABCD$ , по условию $AB || EF$ значит $CD || HG$ . Определим координаты вершин $A(0,0), \ D(0,1) , \ B(1,0) , \ C(1,1)$ . Положим что вершина $E(x,y)$ , тогда остальные вершины второго единичного квадрата , будут иметь координаты $F(x+1,y) , G(x+1,y+1) , H(x,y+1) $ . Определим так же точки пересечения этих прямых , $N(x,1)$ и $M(1,y)$ где $ N \in HE , \ M \in FE $ . Тогда центры первого и второго квадрата будут иметь координаты $ O _ { 1 } ( \dfrac{1}{2} , \dfrac{1}{2}) , \ O _ { 2 } ( x + \dfrac{1}{4} , y + \dfrac{1}{4}) $ . По условию известно что $S_{NCME } = \dfrac{1}{16}$ . Откуда получаем $ (1-y)(1-x) = \dfrac{1}{16}$ , расстояние между центрами $O_{1}O_{2} = \sqrt{(x-\dfrac{1}{4})^2 + (y-\dfrac{1}{4})^2} $ , выразив с первого $y$ через $x$ , и подставляя , получим $O_{1}O_{2} = \sqrt{(x-\dfrac{1}{4})^2 + \dfrac{(12x-11)^2}{(16(x-1))^2}} $ . Рассмотрим функцию $f(x) = \sqrt{(x-\dfrac{1}{4})^2 + \dfrac{(12x-11)^2}{(16(x-1))^2}} $ , найдя производную , которая равна $f'(x) = \dfrac{(4x-3)(4x-5)(16x^2-20x+5)}{128(x-1)^3 \cdot 2\sqrt{(x-\dfrac{1}{4})^2 + \dfrac{(12x-11)^2}{(16(x-1))^2}}}$ , $x \ne 1 $ , а сумма квадратов $ \geq 0 $. Получим четыре критических точек $x=\dfrac{3}{4} , \ x=\dfrac{5}{4} , \ x = \dfrac{5 \pm \sqrt{5}}{8}$ . Минимальное значение достигается при $x=\dfrac{5 \pm \sqrt{5}}{8}$ , которая равна $\dfrac{\sqrt{7}}{4}$ . $ O_{1}O_{2} \geq \dfrac{\sqrt{7}}{4}$ .