Quattro città, situate su un piano ai vertici di un quadrato, devono essere connesse tra loro mediante strade, utilizzando il percorso totale più breve possibile.

Come deve procedere l'Accorto Pianificatore Stradale? Potrebbe connettere le quattro città con una
ics:

Oppure potrebbe connetterle con una
acca:

Quale delle due è la scelta migliore? Si può fare di meglio?
In effetti, si può fare di meglio. L'idea è quella di accorciare un pochino la linea orizzontale che crea la lettera
acca, ma non troppo. Si osserva che, man mano che il segmento orizzontale si accorcia, diminuisce anche la lunghezza totale delle strade, fino ad un valore minimo. Dopodiché la lunghezza totale torna ad aumentare.
La posizione ottimale è quella disegnata in blu nella figura qua sotto, nella quale tutti i segmenti si intersecano formando angoli di 120 gradi:

La dimostrazione del fatto che la figura in blu è quella di minima lunghezza richiede un po' di conoscenze di analisi (derivate, studio dell'andamento di una funzione); esiste però anche una seconda via, meno rigorosa ma più creativa: quella delle bolle di sapone.
Se prendiamo due lastre di plastica trasparente, separate da quattro piccoli pioli (che rappresentano le quattro città), le immergiamo in una soluzione di acqua saponata e, poi, le estraiamo delicatamente, possiamo osservare che si formano delle pellicole di sapone che si dispongono proprio formando angoli di 120 gradi, come nella figura qui sopra. Il bello è che questo procedimento analogico può essere esteso a qualunque numero di punti, mentre il calcolo esatto diventa presto proibitivo.

(L'ultima immagine proviene dal
sito di una bella mostra sulla matematica delle bolle di sapone che, qualche anno fa, passò anche da Modena)