Title

有若干个同学在操场上做游戏,他们彼此的距离都不相等,每个人的手中都有一把水枪,并且每个人都向距离自己最近的人开枪,试证:每人至多中 $5$ 枪.

Proof

不妨假设有人中了不少于 $6$ 枪,称此人为 $A$. 考虑 $A$ 与这 $6$ 个人组成的 $6$ 个夹角(每相邻的两个人与 $A$ 形成一个夹角)——由抽屉原理可知,必定有一个夹角不小于 $60^{\circ}$.

不妨称与 $A$ 形成此夹角的这两个人为 $P$, $Q$,即有 $\angle PAQ \geq 60_{}^{\circ}$;又因为所有人的距离都不相等,所以,在 $\triangle PAQ$ 中,另外的两个角中必有其一是小于 $60_{}^{\circ}$ 的.

而由正弦定理可知,边 $PQ$,也就是 $\angle PAQ$ 所对的边在 $\triangle PAQ$ 中不是最短边.

但,因为 $P$$Q$ 二人都向 $A$ 开枪,因此 $PQ$$\triangle PAQ$ 中必须是最短边,产生矛盾.

于是假设不成立,命题得证.

Q.E.D.