2. ročník, 2012/ 2013 Medzinárodný korešpondenčný seminár iks. i d 1azároveň p α i+1. i d. Konečně definujme k. L = p d/p i α i



Podobné dokumenty
1 Lineární prostory a podprostory

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

PŘEDNÁŠKA 5 Konjuktivně disjunktivní termy, konečné distributivní svazy

(ne)závislost. α 1 x 1 + α 2 x α n x n. x + ( 1) x Vektoru y = ( 1) y říkáme opačný vektor k vektoru y. x x = 1. x = x = 0.

Lineární algebra : Polynomy

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Definice. Vektorový prostor V nad tělesem T je množina s operacemi + : V V V, tj. u, v V : u + v V : T V V, tj. ( u V )( a T ) : a u V které splňují

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Lineární algebra : Metrická geometrie

Nechť je číselná posloupnost. Pro všechna položme. Posloupnost nazýváme posloupnost částečných součtů řady.

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

10. Vektorové podprostory

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Příklad. Řešte v : takže rovnice v zadání má v tomto případě jedno řešení. Pro má rovnice tvar

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Pomocný text. Polynomy

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Věta o dělení polynomů se zbytkem

Teorie informace a kódování (KMI/TIK) Reed-Mullerovy kódy

Úlohy krajského kola kategorie C

Teorie her(povídání ke čtvrté sérii)

Kongruence na množině celých čísel

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Necht L je lineární prostor nad R. Operaci : L L R nazýváme

Skalární součin dovoluje zavedení metriky v afinním bodovém prostoru, tj. umožňuje nám určovat vzdálenosti, odchylky, obsahy a objemy.

6 Lineární geometrie. 6.1 Lineární variety

3. přednáška 15. října 2007

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Báze a dimenze vektorových prostorů

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

1 Polynomiální interpolace

Vlastní číslo, vektor

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

Těleso racionálních funkcí

3. série. Nerovnosti. Téma: Termínodeslání:

METRICKÉ A NORMOVANÉ PROSTORY

)(x 2 + 3x + 4),

[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

TOPOLOGIE A TEORIE KATEGORIÍ (2017/2018) 4. PREDNÁŠKA - SOUČIN PROSTORŮ A TICHONOVOVA VĚTA.

FREDHOLMOVA ALTERNATIVA

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Lineární algebra : Lineární prostor

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

6 Skalární součin. u v = (u 1 v 1 ) 2 +(u 2 v 2 ) 2 +(u 3 v 3 ) 2

1 Kardinální čísla. množin. Tvrzení: Necht X Cn. Pak: 1. X Cn a je to nejmenší prvek třídy X v uspořádání (Cn, ),

Dnešní látka Opakování: normy vektorů a matic, podmíněnost matic Jacobiova iterační metoda Gaussova-Seidelova iterační metoda

7 Ortogonální a ortonormální vektory

(4x) 5 + 7y = 14, (2y) 5 (3x) 7 = 74,

Matematika B101MA1, B101MA2

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

2. prosince velikosti symboly a, b, je b ω a b = a b cosω (1) a. ω pro ω π/2, π platí a b = b a a (3) a b = a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3 (5)

Základy teorie množin

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

Vlastní čísla a vlastní vektory

Lineární algebra : Lineární (ne)závislost

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

63. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie B. 1. Odečtením druhé rovnice od první a třetí od druhé dostaneme dvě rovnice

Riemannův určitý integrál

Úvod do matematiky. Mgr. Radek Horenský, Ph.D. Důkazy

10 Přednáška ze

9 Kolmost vektorových podprostorů

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

Matematická analýza pro informatiky I.

Lineární algebra : Báze a dimenze

Úlohy krajského kola kategorie C

Ortogonální projekce a ortogonální zobrazení

[1] x (y z) = (x y) z... (asociativní zákon), x y = y x... (komutativní zákon).

Katedra aplikované matematiky FEI VŠB Technická univerzita Ostrava luk76/la1

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

1. série. Iracionální čísla. Téma: Datumodeslání: Dokažte, že 0, (píšeme za sebou všechna přirozená čísla) je iracionální.

Lingebraické kapitolky - Analytická geometrie

Matematika. Kamila Hasilová. Matematika 1/34

Úlohy krajského kola kategorie A

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

65. ročník matematické olympiády III. kolo kategorie A. Pardubice, dubna 2016

Funkce, elementární funkce.

[1] Motivace. p = {t u ; t R}, A(p) = {A(t u ); t R} = {t A( u ); t R}

Charakteristika tělesa

Golayův kód 23,12,7 -kód G 23. rozšířený Golayův kód 24,12,8 -kód G 24. ternární Golayův kód 11,6,5 -kód G 11

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Výroková a predikátová logika - IV

α β ) právě tehdy, když pro jednotlivé hodnoty platí β1 αn βn. Danou relaci nazýváme relace

Pavel Horák LINEÁRNÍ ALGEBRA A GEOMETRIE 1 UČEBNÍ TEXT

Operace s maticemi. 19. února 2018

2. Schurova věta. Petr Tichý. 3. října 2012

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

64. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

Vybrané kapitoly z matematiky

55. ročník matematické olympiády

1. Matice a maticové operace. 1. Matice a maticové operace p. 1/35

Transkript:

Řešení 2. série ÚlohaN2. Jedánopřirozenéčíslo d.dokažte,žejemožnénajíttakovékladnéreálnéčíslo c, žeprovšechnapřirozenáčísla n > dplatínerovnost [n 1,n 2,...,n d] > cn d. Hranatými závorkami značíme nejmenší společný násobek. Řešení. Pro další použití zavedeme: Nyní chceme dokázat, že f(n) = (n 1)(n 2) (n d), g(n) = [n 1,n 2,...,n d]. L g(n) f(n) (1) pro nějaké L. Označmesiprvočíslamenšínež djako p 1,p 2,...,p k,těchjeurčitěkonečně.označmeještě α i pro i {1,2,...,k}takovéčíslo,že p α i i d 1azároveň p α i+1 i d. Konečně definujme k L = p d/p i α i i. i=1 Lemma. Pokud p β i ddělíjednozčíseltvaru n j,pakužje1 p vp i (n k) i všechna 1 k d, k j. p α i i d 1pro Důkaz. Připusťme,žeexistujídvě β 1 a β 2.Vezměmemenšíznich β,pak p β dělídvězdpo sobějdoucíchčísel,alesamojevětšínež d.spor. Nyní (1)dokážemetak,žesepodívámena v p(x)pravéilevéstranynerovnostiprovšechna p. (i) Nechť qjeprvočíslo,takovéže q d,pak v q(l g(n)) = v q(g(n)) v q(f(n)).natosistačí uvědomit,že f(n)jesoučin dposobějdoucíchčíselaznichmůže qdělitpouzejednonebo žádné,atedy qbudevg(n)vestejnémocniněaplatítedydokonce v q(g(n)) = v q(f(n)). (ii) Nechť qjejednozprvočísel p i,kde i {1,2,...,k}.Pakchcemedokázat v q(l g(n)) = v q(l)+v q(g(n)) = d q αi +v q(g(n)) v q(f(n)), ekvivalentně d q αi v q(f(n)) v q(g(n)). Podlelemmatu v q(n i) α i kromětohonejvětšího.tenjealeroven v q(g(n)),aprotose napravéstraněodečte.teďužsistačíuvědomit,žečíseldělitelných qv f(n)jemaximálně d q.tímjenerovnostdokázaná. Tímjsmedokázali (1).Podívejmesenynína h(n) = f(n) n = ( 1 1 )( ) ( d n 1 2 n 1 d n).toje součin d rostoucíh kladných posloupností, a tedy i jejich součin je rostoucí. Platí Máme tedy atojsmemělidokázat. f(n) = h(n) h(n 1)... h(d+1) = C. nd g(n) 1 L f(n) C L nd, 1 v p(x)značítakovénejvětšíčíslo,že p vp(x) dělí x. 1

Mezinárodní korespondenční seminář iks 2. série Poznámkyopravujícího. Mlhažebysedalakrájet.Úlohabylacelkemlehkáajasná,aproto kdyžsiněkdotroufltvrdit,žejenějakýodhad vidět nebořekloněčem,žejeznámé,ikdyžjáto tedy vůbec neznám, body jsem neuděloval. Naopak bych zde rád pochválil sedmibodové jedince, kteří opravdu bez pochybností úlohu zdolali, nebo se alespoň jejich mlhou dalo prohlédnout. (Michael Majkl Bílý) Úloha G2. Jedántrojúhelník ABC adálemimorovinudanoutímtotrojúhelníkembod S takový,že SA = SB = SC.Naúsečkách SA, SB, SC naleznemepostupněbody X, Y, Ztak,abyrovina XYZbylarovnoběžnásrovinou ABC.Buď Ostředsféryopsanéčtyřstěnu SABZ.Dokažte,žepřímka SOjekolmánarovinu XYC. Řešení(volněpodleLeAnhDung). Vcelémtextubudemejako koznačovatvektor SKpro libovolný bod K. Označme Ostředkouleopsanéčtyřstěnu SABZ.Platí o = o a,tedy o 2 = o a 2, o o = o o 2o a+a a, 2o a = a 2. Analogickyobdržímerovnosti 2o b = b 2, 2o z = z 2. Zrovnoběžnostirovin ABCa XYZdostávámeexistencičísla p 1takového,že a = px, b = py, c = pz. K důkazu kolmosti přímky SO a roviny XYC nám stačí ukázat, že o (c x) = 0 a o (c y) = 0,protožepakjepřímka SOkolmánadvěnerovnoběžnépřímkyvXYC(konkrétně na XCa YC).Platíovšem o (c x) = o c o x = o pz o 1 p a = 1 2 p z 2 1 2p a 2 = 1 2p( c 2 a 2) = 0, o (c y) = o c o y = o pz o 1 p b = 1 2 p z 2 1 2p b 2 = 1 2p( c 2 b 2) = 0, kdeposlednírovnostplatídíkytomu,žepodlezadáníje a = b = c. Alternativnířešení(stručněpodleJosefaSvobody). Uvažmekulovouinverzi 2 sestředemvs apoloměrem SA SX.Vtomtozobrazenísebody A, B, C zobrazí(pořadě)nabody X, Y, Z,obrazemsféryopsanéčtyřstěnu SABZjetedyrovina XYC.Jelikožkulováinverze zachovává symetrie podle přímek procházejících jejím středem a výše uvedená sféra je symetrická podlepřímky SO,musíbýtrovina XYCrovněžsymetrickápodletétopřímky.Protoževšak SO v XYCneleží,musínanibýtkolmá,cožjsmemělidokázat. Poznámky opravujícího. Kromě výše uvedených postupů se objevily ještě dva další: první spočívalvtom,žeseúlohapřevedlanarovinnouverzi(kterásesnadnovyúhlí)ataseposlézeaplikovala ve dvou stěny zadaného čtyřstěnu. Druhou cestou byla hrubá aplikace metod analytické geometrie tato řešení se vyznačovala značnou délkou a velkým množstvím úprav výrazů, což bylo pro mě jakožto opravovatele ne zrovna příjemné. Pro počtáře siještědovolímjednodrobnédoporučení:chcete-lidokázat,žejenějakývektor kolmý na rovinu(tj. na nějaké dva vektory), je mnohem výhodnější spočítat skalární součiny s těmito dvěma vektory(jako výše), než ukazovat kolinearitu s jejich vektorovým součinem. (Alexander Olin Slávik) 2 Kulováinverze(sestředemvTapoloměrem r)jepřímočarýmzobecněnímkruhovéinverze dotřírozměrů bod K(různýod T)sevnízobrazídotakovéhobodu K napolopřímce TK, kterýsplňuje TK TK = r 2. 2

ÚlohaC2. PepasMirkemhrajídeskovouhru.Jejísoučástíjehracíplánajednafigurka.Na hracím plánu jsou políčka a některé dvojice políček jsou spojeny rourou(roury jsou obousměrné amohouvéstnadsebouapodsebou) 3.NazačátkuhrypoložíMirekfigurkunajednopolíčko adálesehráčistřídajívtazích.prvníposunefigurkupepapodélněkterérourynadalšípolíčko,pakmirek,... Figurkujezakázánoposunoutnapolíčko,nakterémužněkdystála.Kdo nemůže táhnout, prohrál. Dokažte, že když je počet políček na hracím plánu lichý, tak má Mirek vyhrávající strategii. Řešení. Mirkova vyhrávající strategie vypadá následovně: nejprve seskupí políčka do párů tak, aby (i) žádné políčko nebylo ve více párech(ale některá políčka mohou zůstat nespárovaná), (ii) v každém páru byla 2 políčka spojená rourou, (iii) počet párů byl za podmínek(i),(ii) nejvyšší možný. Některé políčko muselo zůstat nespárované, protože je počet políček lichý. Do nějakého takového políčka položí Mirek figurku. Pak pokaždé, když Pepa táhne do spárovaného políčka P(později ukážeme, že do nespárovaného táhnout nemůže), tak Mirek posune figurku na políčko, s kterým je P vpáru.nazačátkukaždéhopepovatahubudouzkaždéhopárupoužitábuďoběpolíčka, nebožádné,pepavždynačínánovýpáramirekhodokončuje.mirekstakovoustrategiítedy vždy může táhnout, nemůže prohrát, a proto(díky konečnosti hry) nakonec vyhraje. Zbývá ukázat, proč Pepa nemůže táhnout do nespárovaného políčka. Předpokládejme tedy pro spor, že se Pepovi povedlo dostat figurku do nespárovaného políčka. První i poslední tah udělalpepa,takžefigurkadotétodobyprošlapřeslichýpočetrour,řekněme 2n + 1.Díky Mirkově strategii je každá druhá roura na trase figurky taková, která spojuje dvě spárovaná políčka,toje npárů,kteréfigurkapotkala.tatotrasaseovšemdáspárovatijinak,první políčkosdruhým,třetísčtvrtým,...,ažpředposlenísposledním.tímtozpůsobemdostaneme n+1párůnatrasefigurky,čilizvýšímecelkovýpočetpárů.tojevšaksporstím,žepočetpárů byl nejvyšší možný. Na obrázku je znázorněna situace, kdy Mirek hraje podle své strategie, avšak nevybral si nejvyšší možnýpočetpárů.to,žehopepaporazil,znamená,žejemožnépočetpárůzvýšit.šedéroury značí roury mezi spárovanými políčky, čárkovaná čára trasu figurky a písmenka M, P značí, kdo provedl příslušný tah. Poznámky opravujícího. Jak to u dobré kombinatoriky bývá, nabušenost na ní příliš neplatí. Z dlouhodobých řešitelů ji vyřešil pouze Martin Vodička, v podstatě podle vzorového řešení. Zato se s úlohou celkem dobře popasovali dva nováčci, bohužel však pouze jeden dokázal své myšlenky smysluplně zapsat. Třemi body jsem ocenil pěkný postup Jakuba Šafina založený na kradení strategií, který však fungoval pouze pro stromy. Nakonec řešitel, který své jednostránkové řešení zakončil větou Uvedenýpostupfungujejenpropřípad,kdyjsouvšechnyvrcholynavzájemspojené. sisice nevysloužil žádný bod, ale alespoň pobavil. (Mirek Olšák) 3 Vgrafovéterminologiijsoupolíčkavrcholyarouryhranyobecnéhografu. 3

Mezinárodní korespondenční seminář iks 2. série Úloha A2. Dokažte, že pokud polynom p s reálnými koeficienty splňuje p(x) 2 1 = p(x 2 +1) provšechna x R,paktojekonstantnípolynom. Řešení. Připomeňme lemma, které je užitečné, kdykoliv pracujeme s polynomy. Lemma. Nechť p, q jsou polynomy. Pokud rovnost p(x) = q(x) nastává pro nekonečně mnoho x,pakrovnost p(x) = q(x)platíprovšechna x. Důkaz. Každé x,prokteréplatírovnost p(x) = q(x),jekořenempolynomu p q.polynom p q má tudíž nekonečně mnoho kořenů. Podle základní věty algebry má každý nenulový polynom stupně nnejvýše nkořenů,takžepolynom p qjenulový. Prvněukážeme,žezevztahu p(x) 2 1 = p(x 2 +1)plyne,žepolynom pjebuďtosudý,nebo lichý. Dosadímeza xnejdříve tapotom t.pravéstranyjsouvoboupřípadechstejné,takžejsou stejnéilevéstrany,cožznamená,že p(t) 2 = p( t) 2 prolibovolné t.prokaždé ttedyplatíbuď p(t) = p( t),nebo p(t) = p( t).pokudrovnost p(t) = p( t)platípronekonečněmnoho t, paktatorovnostpodlelemmatuplatíprokaždé tapolynom pjesudý.podobněpokudrovnost p(t) = p( t)platípronekonečněmnoho t,jepolynom plichý. Postupně rozebereme oba případy. Ukážeme, že v případě, že je polynom p lichý, umíme generovat nekonečněmnohokořenů,takženezbývá,nežže pjenulový.vpřípadě,žepolynom pjesudýanekonstantní,ukážeme,žeexistujepolynom q,kterýsplňujeidentituzezadáníaje přitom polovičního stupně než p. Tím můžeme snižovat stupeň polynomu, dokud nedostaneme nějakýpolynom qlichéhostupně.tenbudemusetbýtnulový,cožbudeznamenat,žetaké pje nulový. Je-lipolynom plichý,pakje p(0) = p(0),tj. p(0) = 0.Dosazením x = 0dozadánídostáváme 1 = p(1)adosazením x = 1dostáváme 0 = p(2).tentopostupmůžemelibovolněkrát opakovat.je-li tkořenem,pakdosazením x = tdostáváme 1 = p(t 2 +1)adosazením x = t 2 +1 dostáváme 0 = p((t 2 +1) 2 +1).Vzhledemknerovnosti (t 2 +1) 2 +1 > t 2 +1 2t ttoznamená, že polynom p má nekonečně mnoho kořenů, takže je nulový. Je-lipolynom psudýstupně 2n, n N 0,potomlzezapsatjako p(x) = a 2n x 2n +a 2n 2 x 2n 2 + +a 2 x 2 +a 0, kde a i jsoureálnáčísla.tojevíceménězřejmé,přestobudemepodrobní.jistěexistujíreálná čísla a i taková,že p(x) = a 2n x 2n +a 2n 1 x 2n 1 +a 2n 2 x 2n 2 + +a 2 x 2 +a 1 x+a 0. Rovnost p(x) = p( x)platnouprovšechna xstačípřepsatdotvaru p(x) p( x) = 2 ( a 2n 1 x 2n 1 +a 2n 3 x 2n 3 + +a 3 x 3 +a 1 x = 0 ). Vzhledemktomu,žetatorovnostplatítaképrovšechna x,je a 1 = a 3 = = a 2n 1 = 0. Dálepředpokládejme,žepolynom pjesudýstupně 2nanekonstantní,tj. n N.Potom můžeme definovat polynom q(y) = a 2n y n +a 2n 2 y n 1 + +a 2 y +a 0, kterýjepolovičníhostupně napřitom p(x) = q(x 2 ).Ukážeme,žepolynom qrovněžsplňuje identitu ze zadání. Dosazením obdržíme rovnost 4 q(x 2 ) 2 1 = p(x) 2 1 = p(x 2 +1) = q((x 2 +1) 2 ).

Pišme ymísto x 2,cožnámdává q(y) 2 1 = q((y +1) 2 ), a upravujme pravou stranu tak, aby měla stejný tvar jako pravá strana identity ze zadání. Místo ypišme y 1,čímždostaneme q(y 1) 2 1 = q(y 2 ). Nakonec zvětšíme argument polynomu q o 1, neboli definujeme polynom q 1 (y) = q(y 1). Dostaneme q 1 (y) 2 1 = q 1 (y 2 +1). Tutoidentitu jsme sice obdrželi jenproněkterá y (konkrétněpro y 1 0), avšak podle lemmatu platí pro všechna y. Vidíme,žepolynom q 1 splňujeidentituzezadáníapřitommápolovičnístupeň n.polynom q 1 jetedyopětlichý,nebosudý.je-lichý,jepodlepředchozíhonulový,takžeipůvodnípolynom p jenulový.je-lisudý,můžemenajítpolynom q 2,kterýsplňujeidentituzezadáníajehožstupeňje opětpolovičníoprotipolynomu q 1.Taktomůžemepokračovattakdlouho,dokudnedostaneme polynom q k lichéhostupně.tenjepotomnulovýazpětnědostáváme,žeipolynom pjenulový. Jediný případ, kterým jsme se dosud nezabývali, je konstantní polynom p. Takové polynomy jsou tedy jedinými kandidáty, pro které může být splněna identita ze zadání. Poznámky opravujícího. Vyskytla se řešení, která se snažila použít komplexních čísel nebo derivací.voboupřípadechseale nevyšetřilyprávětytěžké případy,vnichžjepolynom p sudý a nemá reálné kořeny. Úspěšní řešitelé použili stejnou myšlenku jako ve vzorovém řešení tj. přechod k polynomu polovičního stupně, který splňuje identitu ze zadání. Jeden bod šlo získatužzaobjevenívztahu p(x) = p( x).třibodyjsemudělovalzamyšlenku generování nekonečně mnoha kořenů. (Pavel Šalom) 5