Để chứng minh rằng trong một tam giác đều có cạnh dài 2 cm, nếu ta lấy 5 điểm bất kỳ trong tam giác đó, thì luôn tồn tại hai điểm có khoảng cách không quá 1 cm, ta có thể sử dụng nguyên lý Dirichlet (hay còn gọi là nguyên lý ngăn xếp).
Bước 1: Chia tam giác thành các vùng nhỏ
Tam giác đều với cạnh 2 cm có thể được chia thành 4 vùng nhỏ như sau:
- Vùng 1: Ba điểm là các đỉnh của tam giác đều.
- Vùng 2, 3, 4: Các vùng nhỏ được tạo ra bằng cách vẽ các đường trung bình của tam giác. Các đường trung bình này chia tam giác thành 4 tam giác nhỏ hơn, mỗi tam giác đều có cạnh dài 1 cm.
Bước 2: Tính toán và áp dụng nguyên lý Dirichlet
Mỗi tam giác nhỏ này có các đỉnh là:
1. Tam giác 1: Đỉnh A, B, và trung điểm của cạnh AC.
2. Tam giác 2: Đỉnh B, C, và trung điểm của cạnh AB.
3. Tam giác 3: Đỉnh C, A, và trung điểm của cạnh BC.
4. Tam giác 4: Trung điểm của các cạnh của tam giác lớn.
Vì tam giác đều đã được chia thành 4 tam giác nhỏ hơn (mỗi tam giác có cạnh dài 1 cm), chúng ta có tổng cộng 4 vùng.
Bước 3: Áp dụng nguyên lý Dirichlet
Khi chúng ta có 5 điểm được đặt trong 4 vùng, theo nguyên lý Dirichlet, ít nhất một vùng sẽ chứa ít nhất 2 điểm.
Bước 4: Kết luận về khoảng cách
Vì mỗi vùng (tam giác nhỏ) có cạnh dài tối đa là 1 cm, nên nếu có ít nhất 2 điểm nằm trong cùng một vùng, khoảng cách giữa chúng không thể vượt quá 1 cm.
Do đó, đã chứng minh rằng trong một tam giác đều có cạnh bằng 2 cm, khi lấy 5 điểm bất kỳ trong tam giác, luôn tồn tại 2 điểm có khoảng cách không quá 1 cm.