MathLabs

第4問

任意の四面体には、その頂点に集まる3本の辺の長さが三角形の3辺となるような頂点が少なくとも1つ存在することを証明せよ。
ステップ 3/4: 別の面から c + e > a が従う
ざっくり言うと

2つの面から得た厳密な不等式は単調性によって組み合わさる。bb をより長い辺 ee に置き換えると cc と組にした和は増えるだけなので、失敗した候補が成功する候補へ変わる。

b+c>a,e>b  ⟹  c+e>b+c>ab+c>a,\qquad e>b \;\Longrightarrow\; c+e>b+c>a
詳しい解説

辺 a,b,ca,b,c を持つ元の面は非退化な三角形なので b+c>ab+c>a である。ステップ2より e>be>b。したがって c+e>c+b>ac+e>c+b>a となる。よって3辺 a,c,ea,c,e では最長の aa が他の2辺の和より小さい。また aa は全体で最長なので、残りの不等式 a+c>ea+c>e と a+e>ca+e>c は自動的に成り立つ。