پاسخ:۵

لم: در هر چهار ضلعی محدب مجموع طول قطرها از مجموع طول دو ضلع روبرو بیشتر است.
با نوشتن نامساوی مثلث برای مثلث های ABI و CDI مشاهده می کنیم که: AD + BC > AB + CD
ادعا می کنیم اگر مجموع فواصل ۹ زوج نقطه بیشترین مقدار شود، باید هر دو مسیری بین نقاط ابتدایی و انتهایی همدیگر را قطع کنند. زیرا اگر میل نقطه A به B و میل نقطه C به D برود و AB و CD برخورد نداشته باشند، طبق لم بالا با بردن میل نقطه A به D و میل نقطه C به B مسیر بیشتری طی می شود. حال به میل نقطه ب در صورت سوال نگاه کنید. این میل تنها به نقطه ای ۷ می تواند منتقل شود تا با تمام مسیرها برخورد داشته باشد. (اگر به این نقطه نرود با مسیری که به نقطه ۷ می رسد برخورد ندارد.) پس نقطه ب به نقطه ۷ می رود.

به همین شکل شمال غربی ترین میل نیز باید به نقطه ۳ برود. به همین طریق می توان بررسی کرد که میل های نقاط ج، بالا، پایین و سمت راست الف نیز باید به ترتیب به نقاط ۶ ،۲ ،۴ و ۸ بروند تا با تمام خطوط دیگر برخورد کند اما میل های روی قطر مربع باقی می مانند. این میل ها به هر ترتیبی به نقط ۵ ،۱ و ۹ منتقل شوند مجموع جابه جایی ثابت می ماند. بنابراین برای جای گذاری میل نقطه الف سه حالت وجود دارد و به طور یکتا مشخص نمی شود.