Лев хочет раскрасить все точки плоскости в несколько цветов так, чтобы на каждой окружности отсутствовали точки хотя бы одного из использованных им цветов. Какое наименьшее число цветов потребуется для такой раскраски?
Случай с одним цветом можно не рассматривать, поэтому докажем, что двух цветов мало: выбираем две разноцветные точки, которые могут находиться на одной окружности, следовательно, двух цветов действительно мало.
Теперь докажем, что трёх цветов мало. Выбираем три разноцветные точки, которые могут находиться на одной окружности (т. к. образуют треугольник, вокруг которого можно описать окружность); но, возможно получится вырожденный треугольник, тогда помимо прямой l, на которой лежат все эти точки (A — красная, B, C), есть точка одного из трёх цветов, например — красного (точка D), и мы выбираем точки B, C и D которые опять образуют треугольник.
Докажем, что четырёх цветов нам хватит. На прямой m закрасим по одной точке каждого из трёх цветов (точки A, B и C), а всю остальную плоскость — четвёртым, тогда точки A, B и C никогда не будут находиться на одной окружности, т. е. на любой окружности будет отсутствовать хотя бы один цвет.
Ответ: 4.