Nechť S je čtverec jednotkové plochy. Uvažujme jakýkoliv čtyřúhelník, který má jeden vrchol na každé straně S. Pokud a, b, c a d označují délky stran čtyřúhelníku, dokazují, že 2 <= a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2 + d ^ 2 <= 4?

Nechat #ABECEDA# být čtvercem jednotkové plochy.

Tak # AB = BC = CD = DA = 1 # jednotka.

Nechat # PQRS # být čtyřúhelník, který má jeden vrchol na každé straně čtverce. Tady ať # PQ = b, QR = c, RS = dandSP = a #

Použitím Pythagoras thorem můžeme napsat

# a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2 + d ^ 2 #

# = x ^ 2 + y ^ 2 + (1-x) ^ 2 + (1-w) ^ 2 + w ^ 2 + (1-z) ^ 2 + z ^ 2 + (1-y) ^ 2 #

# = 4 + 2 (x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2 + w ^ 2-x-y-z-w) #

# = 2 + 2 (1 + x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2 + w ^ 2-x-y-z-w) #

# = 2 + 2 ((x-1/2) ^ 2 + (y-1/2) ^ 2 + (z-1/2) ^ 2 + (w-1/2) ^ 2) # 2

Nyní máme problém

# 0 <= x <= 1 => 0 <= (x-1/2) ^ 2 <= 1/4 #

# 0 <= y <= 1 => 0 <= (y-1/2) ^ 2 <= 1/4 #

# 0 <= z <= 1 => 0 <= (z-1/2) ^ 2 <= 1/4 #

# 0 <= w <= 1 => 0 <= (w-1/2) ^ 2 <= 1/4 #

Proto

# 2 <= a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2 + d ^ 2 <= 4 #