62. ročník matematické olympiády III. kolo kategorie A. Jihlava, března 2013

Podobné dokumenty
Úlohy krajského kola kategorie C

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

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

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

Návody k domácí části I. kola kategorie B

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

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

Úlohy krajského kola kategorie A

Úlohy krajského kola kategorie C

61. ročník matematické olympiády III. kolo kategorie A. Hradec Králové, března 2012

64. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A

67. ročník matematické olympiády III. kolo kategorie A. Přerov, března 2018

Úlohy krajského kola kategorie A

Návody k domácí části I. kola kategorie C

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie B

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Úlohy krajského kola kategorie C

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

( ) Další metrické úlohy II. Předpoklady: Př. 1: Najdi přímku rovnoběžnou s osou I a III kvadrantu vzdálenou od bodu A[ 1;2 ] 2 2.

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

49. roënìk matematickè olympi dy, III. kolo kategorie A. BÌlovec, 9.ñ12. dubna 2000

Shodná zobrazení. bodu B ležet na na zobrazené množině b. Proto otočíme kružnici b kolem

64. ročník matematické olympiády III. kolo kategorie A. Praha, března 2015

66. ročníku MO (kategorie A, B, C)

55. ročník matematické olympiády

Zajímavé matematické úlohy

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

Internetová matematická olympiáda listopadu 2008

p ACD = 90, AC = 7,5 cm, CD = 12,5 cm

Úlohy krajského kola kategorie B

Úlohy domácí části I. kola kategorie A

. Najdi parametrické vyjádření přímky AB. Nakresli přímku AB do kartézské soustavy souřadnic a najdi její další vyjádření.

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

. Najdi parametrické vyjádření přímky AB. Nakresli přímku AB do kartézské soustavy souřadnic a najdi její další vyjádření.

56. ročník Matematické olympiády

Klauzurní část školního kola kategorie A se koná

Analytická geometrie lineárních útvarů

Návody k domácí části I. kola kategorie A

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

M - Příprava na 1. čtvrtletku pro třídu 4ODK

Úlohy krajského kola kategorie A

Úlohy domácího kola kategorie B

2. Vyšetřete všechny možné případy vzájemné polohy tří různých přímek ležících v jedné rovině.

obecná rovnice kružnice a x 2 b y 2 c x d y e=0 1. Napište rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem A[-3;2].

Syntetická geometrie II

Důkazy vybraných geometrických konstrukcí

M - Příprava na 12. zápočtový test

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

Magická krása pravidelného pětiúhelníka

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

CVIČNÝ TEST 49. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 5 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Návody k úlohám domácí části I. kola 59. ročníku MO kategorie B

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

1.1 Napište středovou rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

5 Pappova věta a její důsledky

Úlohy MO z let navržené dr. Jaroslavem Švrčkem

1 Lineární prostory a podprostory

CVIČNÝ TEST 13. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Zdeňka Strnadová. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Parametrická rovnice přímky v rovině

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Zajímavé matematické úlohy

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Pomocný text. Kruhová inverze

Čtyřúhelník. O b s a h : Čtyřúhelník. 1. Jak definovat čtyřúhelník základní vlastnosti. 2. Názvy čtyřúhelníků Deltoid Tětivový čtyřúhelník

Rozpis výstupů zima 2008 Geometrie

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 3 Soustavy lineárních rovnic

Úlohy domácí části I. kola kategorie A

Užití stejnolehlosti v konstrukčních úlohách

Úlohy krajského kola kategorie C

Úlohy domácího kola kategorie A

7.5.3 Hledání kružnic II

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

CVIČNÝ TEST 37. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 5 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

Koš Znění otázky Odpověď a) Odpověď b) Odpověď c) Odpověď d) Správná odpověď 1. 1 Které číslo doplníte místo otazníku: c

19 Eukleidovský bodový prostor

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

II. kolo kategorie Z6

Řešení 5. série kategorie Student

Úlohy II. kola kategorie A

68. ročník matematické olympiády Řešení úloh klauzurní části školního kola kategorie A

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

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

Počítání v planimetrii Michal Kenny Rolínek

Analytická geometrie kvadratických útvarů v rovině

Funkce pro studijní obory

Opakování k maturitě matematika 4. roč. TAD 2 <

Matematika I, část I Vzájemná poloha lineárních útvarů v E 3

14. přednáška. Přímka

Návody k domácí části I. kola kategorie C

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

Polibky kružnic: Intermezzo

Transkript:

6. ročník matematiké olympiády III. kolo kategorie A Jihlava, 17. 0. března 013 MO

1. Najděte všehny dvojie elýh čísel a, b, pro něž platí rovnost a + 1 b 3 a 1 b 1. Řešení. Zřejmě a 1, proto můžeme danou rovnost přepsat na tvar (Pavel Novotný) a + 1 a 1 b 3 b 1. (1) Zatímo čitatel zlomku na levé straně je kladný, je čitatel druhého zlomku záporný jen pro b { 1, 0, 1}. Přitom pro b 1 dostaneme po úpravě kvadratikou rovnii 3a a + 4 0, která nemá nemá reálné řešení, a podobně i pro b 0: ani rovnie a 3a + 4 0 nemá reálné řešení. Pro b 1 dostaneme rovnii a +a a(a+1) 0, která má dvě řešení a {0, 1}. Dostáváme tak dvě dvojie (0, 1) a ( 1, 1), jež vyhovují dané rovnosti. Předpokládejme dále, že b 3 > 0, a zjistěme, kterými přirozenými čísly lze zlomky v (1) krátit. Jestliže číslo n dělí a + 1 a a 1, musí dělit i a + 1 (a + 1)(a 1). Podobně jestliže číslo n dělí b 3 a b 1, musí dělit i (b 1)(b+1) (b 3) 5. Vzhledem k tomu jsou právě čtyři možnosti, jak dosáhnout rovnosti zlomků v (1): (i) a + 1 b 3 a a 1 b 1; dosazením a b do první rovnie dostaneme vztah 4b + 1 b 3, který neplatí pro žádné reálné b. (ii) a + 1 (b 3) a a 1 (b 1); dosadíme a 4b 1 do první rovnie, po úpravě dostaneme kvadratikou rovnii 3b b + 0, která nemá reálná řešení. (iii) 5(a + 1) b 3 a 5(a 1) b 1; dosadíme a 1 5 (b + 4) do první rovnie, po úpravě dostaneme kvadratikou rovnii 3b 8b 8 0, jež má eločíselné řešení b. Tomu odpovídá a 0. (iv) 5(a + 1) (b 3) a 5(a 1) (b 1); dosadíme a 1 5 (4b + 3) do první rovnie a dostaneme kvadratikou rovnii b 6b 16 0 se dvěma eločíselnými kořeny b a b 8, kterým odpovídají hodnoty a 1 a a 7. Úloze tedy vyhovuje elkem pět eločíselnýh dvoji (a, b): (0, 1), ( 1, 1), (0, ), ( 1, ), (7, 8). Jiné řešení. Vyjdeme z upravené rovnosti (1), kterou napíšeme ve tvaru a + 1 + a 1 b + b 3 b 1. () Pro a < 1 a pro a > 3 zřejmě platí a 1 >. Podobně pro b < i pro b > 3 platí 0 < b 3 b 1 < 1. Proto napřed vypočítáme hodnoty obou zlomků v (1) pro a { 1, 0,, 3} (a 1) a b {, 1, 0, 1,, 3}: a 1 0 3 a + 1 1 1 5 5 a 1 b 1 0 1 3 b 3 b 1 1 1 3 3 1 5 3 3 3

Porovnáním obou tabulek naházíme čtyři řešení: ( 1, ), ( 1, 1), (0, ), (0, 1). Pro zbývajíí hodnoty a, b platí 1 < b 3 b 1 a 1 a + 1 b <, takže zbývají jen dvě možnosti: a + 1 b 0 nebo a + 1 b 1. Jestliže a b 1, dostaneme dosazením do () kvadratikou rovnii b 9b+8 0, která má dvě eločíselná řešení b 1 a b 8. Dostáváme tak další řešení (7, 8). Pro a b dostaneme dosazením do () kvadratikou rovnii b + 5b 4 0, která žádné eločíselné řešení nemá.. Každý ze zbojníků v n-členné družině (n 3) naloupil určitý počet miní. Všeh naloupenýh miní bylo 100n. Zbojníi se rozhodli rozdělit kořist následujíím způsobem: v každém kroku dá jeden ze zbojníků po jedné mini jiným dvěma. Najděte všehna přirozená čísla n 3, pro která po konečném počtu kroků může mít každý zbojník 100 miní bez ohledu na to, kolik miní jednotliví zbojníi naloupili. (Ján Mazák) Řešení. Označme z i počet miní, které má i-tý zbojník (čísla z i se v průběhu dělení budou měnit). Nehť n 3. Po libovolném kroku se nezmění zbytek čísla z 1 z při dělení třemi. Pokud tedy byly počáteční stavy například z 1 101, z 100, a z 3 99, nemůže nikdy nastat rovnost z 1 z. Číslo n 3 tedy úloze nevyhovuje. Ukážeme, že pro každé n 4 a libovolné počáteční hodnoty z i dosáhneme po konečném počtu vhodnýh kroků stavu, v němž bude mít každý zbojník 100 miní. Označme s z i 100. Číslo s budeme zmenšovat, dokud to bude možné, tak, že v každém kroku některý ze zbojníků, kteří mají nejvíe, dá po jedné mini některým dvěma, kteří mají nejméně. Nehť už se takovým způsobem číslo s nedá zmenšit. Pokud s 0, skončili jsme. Pokud s 0, má některý zbojník 100 k miní (k > 0), k zbojníků má po 101 mini a všihni ostatní mají po 100 miní. Pokud k, zmenšíme hodnotu s ve dvou kroíh: 100 k, 101, 101 100 k + 1, 10, 99 100 k +, 100, 100. Je-li k sudé, bude mít po 1 k takýh dvojkroíh každý zbojník 100 miní. Pokud je k lihé, dostaneme se do stavu, v němž má jeden zbojník 99 miní, jeden jih má 101 a všihni ostatní mají po 100. Pak už dělení snadno dokončíme: 99, 100, 100, 101 99, 101, 101, 99 99, 10, 99, 100 100, 100, 100, 100. Jiné řešení. Pro neprázdnou množinu Z zbojníků označme r(z) rozdíl mezi počty miní nejbohatšího a nejhudšího člena množiny Z. Na počátku vybereme některého nejbohatšího zbojníka A (libovolného z těh, kteří naloupili nejvíe miní) a označíme Z množinu zbývajííh zbojníků. Pokud r(z), dá jeden z nejbohatšíh zbojníků ze Z mini nejhudšímu a mini zbojníkovi A. Takto pokračujeme, dokud platí r(z). Protože počet miní zbojníka A stále roste a miní je jen konečný počet, po konečném počtu kroků bude r(z) 1. Od tohoto okamžiku v každém dalším kroku začne dávat zbojník A, dokud má aspoň 10 mine, po jedné mini dvěma nejhudším. Nerovnost r(z) 1 přitom zůstává zahována. Jakmile nastane situae, že zbojník A má méně než 10 mine, jsou dvě možnosti: Buď má zbojník A právě 100 miní a dělení je skončeno; anebo má 101 miní, takže jeden ze zbojníků musí mít 99 miní a všihni ostatní ze Z po 100. Dělení pak skončíme stejně jako v prvním řešení. 4

3. V rovnoběžníku ABCD se středem S označme O střed kružnie vepsané trojúhelníku ABD a T bod jejího dotyku s úhlopříčkou BD. Dokažte, že přímky OS a CT jsou rovnoběžné. (Jaromír Šimša) Řešení. Označme a AB, b AD a BD. Případ a b je triviální (tehdy obě přímky OS a CT splývají s přímkou AC), budeme proto dále předpokládat, že a > b (v případě a < b stačí vyměnit označení vrholů B a D). Označme T obraz bodu T v souměrnosti podle středu S (v níž A je obrazem bodu C). Protože CT AT, je naším ílem dokázat, že OS AT. Dosáhneme toho ověřením stejnolehlosti trojúhelníků AT E a OSE, kde E je průsečík polopřímky AO s úhlopříčkou BD (obr. 1). Díky předpokladu a > b a tomu, že AE je osa úhlu BAD, leží bod E mezi body S a D stejně jako bod T (ten jakožto kolmý průmět bodu O leží mezi body E a D), zatímo bod T leží mezi body S a B. D C O T E S O T A Obr. 1 B Potřebnou (i postačujíí) rovnost poměrů AO OE T S SE dokážeme tak, že je vyjádříme pomoí délek a, b,. Jak je známo, DT b + a, a proto T S T S b + a Z vlastností os úhlů v trojúhelnííh ABD a AED plynou rovnosti BE : ED AB : AD a AO : OE AD : DE, z nihž postupně dostaneme BE a a + b SE BE BS AO OE AD DE a DE b a + b, a a + b (a b) (a + b), b b a + b a + b. a b. Posledním zlomkem jsme vyjádřili hodnotu levé strany (1). Ukažme, že stejnou hodnotu má i pravá strana: a b T S SE a + b. (a b) (a + b) Tím je důkaz tvrzení úlohy uzavřen. (1) 5

Jiné řešení. Označme T bod dotyku kružnie vepsané trojúhelníku DBC se stranou BD. To je, jak je známo, současně bod, v němž se strany BD dotýká kružnie k připsaná trojúhelníku ABD. Označme ϱ poloměr kružnie k vepsané trojúhelníku ABD a ϱ poloměr kružnie k. Bod E leží na spojnii středů kružni k a k i na jejih společné tečně, je tedy středem stejnolehlosti obou kružni. Proto platí rovnost takže ET ET ϱ ϱ a + b + a + b. Označíme-li ST ST x a SE y, máme x + y x y a + b + a + b ET ES x + y y a odtud a + b +. x y a + b, Označíme-li v velikost výšky trojúhelníku ABD y vrholu A, platí EA EO v ϱ a + b + ET ES. Tím je stejnolehlost trojúhelníků EAT a EOS, a tedy i rovnoběžnost přímek AT a OS dokázána. Analytiké řešení. Zvolme kartézskou soustavu souřadni tak, aby A [0, 0], B [1, 0], D [a, b]. Potom C [a + 1, b], S [ 1 (a + 1), 1 b]. Bod O má stejnou vzdálenost od stran trojúhelníku ABD, proto jeho souřadnie vyhovují soustavě rovni y bx ay bx + (a 1)y + b. a + b (a 1) + b Označíme-li (a 1) + b, d a + b, dostaneme Dále T B + O ( 1 a + d ) D B + d + 1 Ověření lineární závislosti vektorů [ a + 1 S O a [ C T [ a + d + d + 1, b ]. + d + 1 1 [ + d + a + d + 1 a + d + d + 1, b ( 1 a + 1 + d + a (1 a) / + d + 1 (1 ( a) 1 a )], b + 1. )] + d + 1 (, b 1 čili rovnosti ( [(a + 1)( + d + 1) a d] + d 1 a ) (1 a) [(a + 1)( + d + 1) d a + je už rutinní záležitostí. (1 a)/ + 1 )] + d + 1 ] ( + d 1) 6

4. Na tabuli je napsáno v desítkové soustavě elé kladné číslo N. Není-li jednomístné, smažeme jeho poslední číslii a číslo m, které na tabuli zůstane, nahradíme číslem m 3. (Například bylo-li na tabuli číslo N 1 04, po úpravě tam bude 10 3 4 108.) Najděte všehna přirozená čísla N, z nihž opakováním popsané úpravy nakone dostaneme číslo 0. (Peter Novotný) Řešení. Nejdříve zjistíme, pro která čísla N dostaneme rovnou nulu. Zřejmě m 3 0, právě když m 3 neboli N 10m + 31. Všehny násobky N 31 pro {1,,..., 9} tudíž úloze vyhovují. Dokážeme, že úloze vyhovují právě všehny přirozené násobky čísla 31. Protože N 10m, je m 3 31m 3N, takže popsaná operae zahovává dělitelnost číslem 31. Stačí tedy ukázat, že z libovolného násobku N 31k, kde k 10, dostaneme popsanou úpravou vždy menší násobek čísla 31. Pro takové N je ovšem m 31, m 3 > 0, tudíž m 3 31m 3N < 4N 3N N. Znamená to, že po konečném počtu kroků dostaneme popsanou úpravou některý z devíti nejmenšíh násobků čísla 31 a následně nulu. Tím je úloha vyřešena. Poznámka. Dá se dokone ukázat, že nerovnost m 3 < N platí už pro každé N 0. 5. Je dán rovnoběžník ABCD takový, že paty K, L kolmi z bodu D po řadě ke stranám AB, BC jsou jejih vnitřními body. Dokažte, že KL AC, právě když BCA + ABD BDA + ACD. (Ján Mazák) Řešení. Střídavé úhly ABD a CDB jsou shodné (obr. ), proto BCA + ABD + + BDA + ACD 180. Rovnost BCA + ABD BDA + ACD tedy platí, právě když BCA + ABD 90. (1) D C S L A K Obr. B Body K a L leží na Thaletově kružnii s průměrem BD. Obvodový úhel BDK je tedy shodný s úhlem BLK, a proto (vzhledem k rovnosti střídavýh úhlů ABD a CDB) BLK + ABD BDK + CDB 90. Přímky KL a BC jsou ovšem rovnoběžné, právě když BLK BCA, ož je podle předhozí rovnosti ekvivalentní rovnosti (1). Tím je požadovaná ekvivalene dokázána. 7

6. Najděte všehna kladná reálná čísla p taková, že nerovnost a + pb + b + pa a + b + (p 1) ab platí pro libovolnou dvojii kladnýh reálnýh čísel a, b. (Jaromír Šimša) Řešení. Pro dvojii a b 1 dostaneme pro parametr p > 0 nerovnii, kterou vyřešíme: p + 1 p + 1, p + 1, p 3. Ukážeme nyní, že požadovanou vlastnost má každé p (0, 3. Pro p (0, 1 je zadaná nerovnost splněna triviálně, neboť a + pb > a, b + pa > b a (p 1) ab 0. Zabývejme se proto dále pouze případem p (1, 3. Levou stranu L dokazované nerovnosti můžeme hápat jako velikost dvou vektorů (a, b p), (b, a p) R, proto podle trojúhelníkové nerovnosti L a + pb + b + pa (a, b p) + (b, a p) (a + b, (a + b) p) (a + b) 1 + p. (1) Pro pravou stranu P pomoí nerovnosti mezi aritmetikým a geometrikým průměrem naopak dostáváme horní odhad P a + b + (p 1) ab a + b + (p 1) a + b (p + 1)(a + b). Nerovnost L P je tak dokázána, neboť silnější nerovnost (a + b) p + 1 (p + 1)(a + b) je ekvivalentní s nerovností p + 1, jež je pro každé p (1, 3 zřejmě splněna. Poznámka. Odhad (1) dostaneme též použitím Cauhyovy-Shwarzovy nerovnosti pro dvojie (a, b p) a (1, p): z nerovnosti plyne první z nerovností a + pb a + pb 1 + p, a + pb a + pb 1 + p, b + pa b + pa 1 + p, druhou odvodíme analogiky. 8