MathLabs

Bài 6

Cho n≥3n\ge3 là số nguyên dương. Gọi C1,C2,…,CnC_1,C_2,\ldots,C_n là các đường tròn đơn vị trong mặt phẳng, có tâm tương ứng O1,O2,…,OnO_1,O_2,\ldots,O_n. Nếu không có đường thẳng nào cắt quá hai đường tròn, chứng minh ∑1≤i<j≤n1OiOj≤(n−1)π4\sum_{1\le i<j\le n}\frac1{O_iO_j}\le\frac{(n-1)\pi}{4}.
Bước 1 trên 3: Đo các cung tiếp tuyến
Hiểu nôm na

Một tiếp tuyến của một đường tròn đơn vị chỉ cắt đường tròn kia trên một cặp cung ngắn.

sin⁡θij2=1OiOj\sin\frac{\theta_{ij}}2=\frac1{O_iO_j}
Phân tích chi tiết

Trước hết, hai đường tròn bất kỳ không giao nhau. Thật vậy, nếu hai đường tròn gặp nhau tại một điểm, chọn đường thẳng qua điểm đó và một điểm bất kỳ của đường tròn thứ ba; đường thẳng ấy sẽ cắt ba đường tròn. Cố định i≠ji\ne j. Gọi θij\theta_{ij} là độ dài góc của mỗi trong hai cung trên CiC_i mà tiếp tuyến tại đó cắt CjC_j. Tại đầu mút của một cung như vậy, khoảng cách từ OjO_j đến tiếp tuyến bằng 11. Điểm tiếp xúc lệch khỏi hướng vuông góc với OiOjO_iO_j một nửa độ dài cung, nên hệ thức tam giác vuông là 1=OiOjsin⁡(θij/2)1=O_iO_j\sin(\theta_{ij}/2), tức sin⁡(θij/2)=1/OiOj\sin(\theta_{ij}/2)=1/O_iO_j. Vì vậy 1/OiOj=sin⁡(θij/2)≤θij/21/O_iO_j=\sin(\theta_{ij}/2)\le\theta_{ij}/2.