Обозначим длины палочек так:
a1<a2<a3<a4<a5 — все чётные натуральные.
1. Какие треугольники возможны до потери палочки
После того как Вася потерял среднюю палочку a3, из оставшихся {a1,a2,a4,a5} нельзя составить ни одного треугольника.
Значит, любой треугольник, который существовал до потери, обязан содержать палочку a3.
Если бы был треугольник без a3, он остался бы и после потери — против условия.
2. Тройка (a3,a4,a5) обязана быть треугольником
Предположим, что (a3,a4,a5) не образуют треугольник.
Тогда (так как это упорядоченные длины) имеем
a5≥a3+a4.
Но a3 и a4 — две самые длинные палочки кроме a5.
Значит, сумма любых двух палочек, отличных от a5, не больше a3+a4≤a5.
То есть ни с какими двумя другими палочками палочка a5 не может участвовать в треугольнике — против условия задачи (для каждой палочки должна существовать подходящая тройка).
Следовательно, тройка (a3,a4,a5) — треугольник, и потому:
a5<a3+a4(1)
3. Неравенства из «отсутствия треугольников» после потери
После удаления a3 среди палочек {a1,a2,a4,a5} ни одна тройка не образует треугольник.
Рассмотрим нужные тройки:
-
(a1,a2,a4) не треугольник → самая длинная сторона a4 не меньше суммы двух других:
a4≥a1+a2(2)
-
(a2,a4,a5) не треугольник → самая длинная сторона a5 не меньше суммы двух других:
a5≥a2+a4(3)
Эти двух неравенств достаточно: из них автоматически следует, что и тройки (a1,a2,a5), (a1,a4,a5) тоже не треугольники.
4. Покажем, что самая короткая палочка не могла быть длины 2
Предположим, что a1=2.
Тогда любые треугольники с палочкой a1 должны содержать ещё и a3 (см. пункт 1). Возможные тройки для палочки a1:
(a1,a2,a3), (a1,a3,a4), (a1,a3,a5).
Проверим их по очереди:
-
Тройка (a1,a2,a3) треугольником быть не может.
Условие треугольника (самая длинная сторона — a3):
a3<a1+a2=2+a2.
Но a3>a2 и оба числа чётные, значит a3≥a2+2.
Тогда одновременно:
a3≥a2+2иa3<a2+2,
что невозможно. Значит, (a1,a2,a3) не треугольник.
-
Тройка (a1,a3,a4): самая большая сторона a4.
Для треугольника нужно
a4<a1+a3=2+a3.
Но a4>a3 и числа чётные → a4≥a3+2.
Опять противоречие, значит и эта тройка не треугольник.
-
Значит, единственная возможная тройка с палочкой длины 2, которая ещё может быть треугольником, — (a1,a3,a5).
Для неё (самая длинная сторона a5):
a5<a1+a3=2+a3.(4)
С другой стороны, из (3) и того, что a4>a3 и чётные длины:
a4≥a3+2,
поэтому
a5≥a2+a4≥a2+a3+2.
Так как a2≥4, то
a5≥a3+6.
Итак, имеем одновременно:
a5≥a3+6иa5<a3+2,
что невозможно.
Следовательно, предположение a1=2 неверно.
Значит,
a1≥4.
5. Если a1≥6, верхняя палочка получается слишком длинной
Пусть a1≥6. Тогда (минимально)
a2≥8,a3≥10,a4≥12.
Из (2): a4≥a1+a2≥6+8=14.
Тогда из (3): a5≥a2+a4≥8+14=22.
То есть при a1≥6 обязательно
a5≥22.
Но мы хотим найти наименьшую возможную длину a5, поэтому остаётся единственный разумный вариант:
a1=4.
6. Пусть a1=4; найдём остальные минимально
Чётные возрастающие длины →
a2≥6,a3≥8,a4≥10.
Из (2): a4≥a1+a2=4+a2.
При минимальном a2=6 это даёт a4≥10, что как раз совпадает с минимально возможным по порядку.
Чтобы минимизировать a5, выгодно брать минимально возможные a2,a3,a4, совместимые с условиями.
7. Треугольник (a1,a2,a3): быть или не быть?
Рассмотрим два случая.
Случай 1: (a1,a2,a3) — не треугольник
Тогда
a3≥a1+a2=4+a2.
При a2≥6: a3≥10, а следовательно a4≥12.
Тогда из (3):
a5≥a2+a4≥6+12=18.
То есть в этом случае a5≥18, а мы позже найдём конфигурацию с a5=16.
Поэтому минимальное решение не может относиться к этому случаю.
Случай 2: (a1,a2,a3) — треугольник
Тогда:
a3<a1+a2=10,
а также a3>a2 и все длины чётные →
a2≥6,a3≥8.
Чётные числа между 6 и 10 — это только 8, значит
a2=6, a3=8.
Теперь найдём a4:
- по порядку и чётности a4≥10;
- по (2) a4≥a1+a2=4+6=10.
Значит, минимально возможное:
a4=10.
8. Оценим a5
Из (3):
a5≥a2+a4=6+10=16.
Из (1) (треугольник (a3,a4,a5)):
a5<a3+a4=8+10=18.
Так как a5 — чётное натуральное, из
16≤a5<18
получаем
a5=16.
То есть единственный кандидат на минимальное значение — 16.
9. Проверка набора 4,6,8,10,16
Палочки: 4,6,8,10,16.
До потери (все 5 палочек):
Треугольники (проверка суммы двух меньших сторон):
- (4,6,8): 4+6=10>8 — треугольник.
- (4,8,10): 4+8=12>10 — треугольник.
- (6,8,10): 6+8=14>10 — треугольник.
- (8,10,16): 8+10=18>16 — треугольник.
Каждая палочка участвует хотя бы в одном треугольнике:
- 4 — в (4,6,8), (4,8,10),
- 6 — в (4,6,8), (6,8,10),
- 8 — сразу в нескольких,
- 10 — в (4,8,10), (6,8,10), (8,10,16),
- 16 — в (8,10,16).
После потери средней палочки (длины 8): остаются 4,6,10,16.
Все тройки:
- (4,6,10): 4+6=10 — ровно, треугольника нет.
- (4,6,16): 4+6=10<16 — нет.
- (4,10,16): 4+10=14<16 — нет.
- (6,10,16): 6+10=16 — опять ровно, нет.
Треугольников действительно нет.
Все условия задачи выполнены.
Ответ: наименьшая возможная длина самой длинной палочки равна
16.