Úlohy krajského kola kategorie A



Podobné dokumenty
65. ročník matematické olympiády Řešení úloh klauzurní části školního kola kategorie B

{ } Kombinace II. Předpoklady: =. Vypiš všechny dvoučlenné kombinace sestavené z těchto pěti prvků. Urči počet kombinací pomocí vzorce.

(a) = (a) = 0. x (a) > 0 a 2 ( pak funkce má v bodě a ostré lokální maximum, resp. ostré lokální minimum. Pokud je. x 2 (a) 2 y (a) f.

Kapitola I - Množiny bodů daných vlastností I.a Co je množinou všech bodů v rovině, které mají od daných dvou různých bodů stejnou vzdálenost? I.

KONSTRUKČNÍ ÚLOHY ŘEŠENÉ UŽITÍM MNOŽIN BODŮ

3.2.4 Podobnost trojúhelníků II

Kvadratické rovnice pro učební obory

STEREOMETRIE. Vzdálenost bodu od přímky. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M3r0113

1. Kruh, kružnice. Mezi poloměrem a průměrem kružnice platí vztah : d = 2. r. Zapíšeme k ( S ; r ) Čteme kružnice k je určena středem S a poloměrem r.

Kvadratické rovnice pro studijní obory

Důkazové metody. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Nerovnice s absolutní hodnotou

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

15 s. Analytická geometrie lineárních útvarů

Dopravní úloha. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

M - Rovnice - lineární a s absolutní hodnotou

Jakub Juránek Určete počet kvádru, jejichž velikosti hran jsou přirozená čísla nejvýše rovná deseti. Kolik je v tomto počtu krychlí?

( ) ( ) ( ) 2 ( ) Rovnice s neznámou pod odmocninou II. Předpoklady: 2715

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Matematika 9. ročník

2.7.2 Mocninné funkce se záporným celým mocnitelem

Lokální a globální extrémy funkcí jedné reálné proměnné

Vztah mezi dvěma čísly, které se rovnají, se nazývá rovnost, jako například : ( 2) 3 = 8 4 = 2 ; 16 = 4 ; 1 = 1 a podobně. 2

Zákonitosti, vztahy a práce s daty

( ) Kreslení grafů funkcí metodou dělení definičního oboru I. Předpoklady: 2401, 2208

Řešení 3. série. typ čtverce o kolik se zvýší počet 1 x 1 2k x 2 2k 1 3 x 3 2k 3. . k x k 3 (k + 1) x (k + 1) 1

2.1. Pojem funkce a její vlastnosti. Reálná funkce f jedné reálné proměnné x je taková

Tvorba trendové funkce a extrapolace pro roční časové řady

Př. 3: Dláždíme čtverec 12 x 12. a) dlaždice 2 x 3 12 je dělitelné 2 i 3 čtverec 12 x 12 můžeme vydláždit dlaždicemi 2 x 3.

3. Ve zbylé množině hledat prvky, které ve srovnání nikdy nejsou napravo (nevedou do nich šipky). Dát do třetí

4. Výčtem prvků f: {[2,0],[3,1],[4,2],[5,3]}

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace. Obor vzdělávací oblasti: Seminář z matematiky. Ročník: 7. Poznámky

Funkce více proměnných

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. Zlomky sčítání a odčítání. Dušan Astaloš. samostatná práce, případně skupinová práce

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o.

9.2.5 Sčítání pravděpodobností I

Michal Sláma. Pythagorejské trojúhelníky Pythagorean triangles

Aritmetika s didaktikou I.

( ) Neúplné kvadratické rovnice. Předpoklady:

EXPONENCIÁLNÍ A LOGARITMICKÁ FUNKCE

Digitální učební materiál

Řešení: ( x = (1 + 2t, 2 5t, 2 + 3t, t); X = [1, 2, 2, 0] + t(2, 5, 3, 1), přímka v E 4 ; (1, 2, 2, 0), 0, 9 )


Domácí úkol DU01_2p MAT 4AE, 4AC, 4AI

když n < 100, n N, pak r(n) = n,

2.7.1 Mocninné funkce s přirozeným mocnitelem

1.1.1 Kvadratické rovnice (dosazení do vzorce) I

Úlohy krajského kola kategorie C

2.1 Pokyny k otevřeným úlohám. 2.2 Pokyny k uzavřeným úlohám TESTOVÝ SEŠIT NEOTVÍREJTE, POČKEJTE NA POKYN!

2.1 Pokyny k otevřeným úlohám. 2.2 Pokyny k uzavřeným úlohám TESTOVÝ SEŠIT NEOTVÍREJTE, POČKEJTE NA POKYN!

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Různostranné obecné Rovnoramenné Rovnostranné. třetí, základna, je různá

2.8.9 Parametrické rovnice a nerovnice s absolutní hodnotou

Jak pracovat s absolutními hodnotami

ALGEBRA LINEÁRNÍ, KVADRATICKÉ ROVNICE

Obsah. x y = 1 + x y = 3x y = 2(x2 x + 1) (x 1) x 3. y = x2 + 1 x y =

Soustavy lineárních rovnic

1.3.1 Kruhový pohyb. Předpoklady: 1105

Číselné soustavy Ing. M. Kotlíková, Ing. A. Netrvalová Strana 1 (celkem 7) Číselné soustavy

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. pochopení pojmů a výpočtů objemů a obvodů

= musíme dát pozor na: jmenovatel 2a, zda je a = 0 výraz pod odmocninou, zda je > 0, < 0, = 0 (pak je jediný kořen)

INŽENÝRSKÁ MATEMATIKA LOKÁLNÍ EXTRÉMY

Úlohy krajského kola kategorie A

a) Slovní úlohy o směsích b) Slovní úlohy o pohybu c) Slovní úlohy o společné práci

Učební dokument FUNKCE. Vyšetřování průběhu funkce. Mgr. Petra MIHULOVÁ. 4.roč.

Sada 2 Microsoft Word 2007

Řešení: a) Označme f hustotu a F distribuční funkci náhodné veličiny X. Obdobně označme g hustotu a G distribuční funkci náhodné veličiny Y.

PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY I.termín

1 Typografie. 1.1 Rozpal verzálek. Typografie je organizace písma v ploše.

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Úlohy krajského kola kategorie A

Návody k domácí části I. kola kategorie A

Dualita v úlohách LP Ekonomická interpretace duální úlohy. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Kapitola 11. Vzdálenost v grafech Matice sousednosti a počty sledů

Nyní jste jedním z oněch kouzelníků CÍL: Cílem hry je zničit soupeřovy HERNÍ KOMPONENTY:

INFORMACE K POKUSNÉMU OVĚŘOVÁNÍ ORGANIZACE PŘIJÍMACÍHO ŘÍZENÍ SŠ S VYUŽITÍM JEDNOTNÝCH TESTŮ

ax + b = 0, kde a, b R, přímky y = ax + b s osou x (jeden, nekonečně mnoho, žádný viz obr. 1.1 a, b, c). Obr. 1.1 a Obr. 1.1 b Obr. 1.

GYMNÁZIUM, OLOMOUC, ČAJKOVSKÉHO 9 Kriteria hodnocení pro 1. kolo přijímacích zkoušek pro školní rok 2016/17

1 Průběh funkce. Pomůcka pro cvičení: 1. semestr Bc studia Průběh funkce - ruční výpočet

Rovnice s neznámou pod odmocninou a parametrem

10. Polynomy a racionálně lomenné funkce

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

M - Příprava na 2. zápočtový test pro třídu 2D

NEKONEČNÉ GEOMETRICKÉ ŘADY

PLANIMETRIE, KONSTRUKČNÍ ÚLOHY V ROVINĚ

Matematika - Tercie Matematika tercie Výchovné a vzdělávací strategie Učivo ŠVP výstupy

POSDOKTORSKÉ PROJEKTY 2012

DUM téma: KALK Výrobek sestavy

Šablona pro zadávání otázek pro přijímací řízení pro akademický rok 2008/2009

Rovnice kuželoseček Petr Rys a Tomáš Zdráhal

4.2.7 Voltampérová charakteristika rezistoru a žárovky

Využití EduBase ve výuce 2

Výsledky testování školy. Druhá celoplošná generální zkouška ověřování výsledků žáků na úrovni 5. a 9. ročníků základní školy. Školní rok 2012/2013

Hra a hry. Václav Vopravil. Teorie kombinatorických her se zabývá abstraktními hrami dvou hráčů. Hra je definována R },

Soustavy lineárních rovnic

64. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A

KVADRATICKÉ ROVNICE A NEROVNICE (včetně řešení v C)

Aplikované úlohy Solid Edge. SPŠSE a VOŠ Liberec. Ing. Aleš Najman [ÚLOHA 18 TVORBA PLOCH]

Mária Sadloňová. Fajn MATIKA. 150 řešených příkladů (vzorek)

Transkript:

65. ročník matematické olympiády Úlohy krajského kola kategorie A 1. Na tabuli jsou napsána různá přirozená čísla. Jejich aritmetický průměr je desetinné číslo, jehož desetinná část je přesně 0,2016. Jakou nejmenší hodnotu může tento průměr mít? 2. Je dán čtverec ABCD o straně délky 1. Na jeho straně CD zvolíme bod E tak, aby platilo BAE = 60. Dále zvolme libovolný vnitřní bod úsečky AE a označme jej X. Bodem X pak veďme kolmici na přímku BX a její průsečík s přímkou BC označme Y. Jaká je nejmenší možná délka úsečky BY? 3. Kolika způsoby lze rozdělit množinu {1, 2,..., 12} na šest disjunktních dvouprvkových podmnožin takových, že každá z nich obsahuje nesoudělná čísla (tedy taková, která nemají společného dělitele většího než jedna)? 4. Určete nejmenší reálné číslo m, pro něž lze najít reálná čísla a a b tak, aby nerovnost platila pro každé x 1, 1. x 2 + ax + b m(x 2 + 1) Krajské kolo kategorie A se koná v úterý 12. ledna 2016 tak, aby začalo dopoledne a aby soutěžící měli na řešení úloh 4 hodiny čistého času. Povolené pomůcky jsou psací a rýsovací potřeby a školní MF tabulky. Kalkulátory, notebooky ani žádné jiné elektronické pomůcky dovoleny nejsou. Za každou úlohu může soutěžící získat 6 bodů; bodová hranice k určení úspěšných řešitelů bude stanovena centrálně po vyhodnocení statistik bodových výsledků ze všech krajů. Tyto údaje se žákům sdělí před zahájením soutěže.

65. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A 1. Nechť s je součet čísel na tabuli, n je jejich počet a p je celá část aritmetického průměru. Potom platí rovnost s n = p + 2 016 10 000 = p + 126, z níž roznásobením vyjde (s pn) = 126n. Odtud vidíme, že dělí levou stranu, takže musí dělit i pravou. Ovšem čísla 126 a jsou nesoudělná, a tak dokonce n. Zajisté proto platí, že n. Dále využijeme různosti čísel na tabuli ke zjištění, že p = s n 126 1 + 2 +... + n 126 n = n(n + 1)/2 n 126 + 1 126 2 > 312. Celé číslo p je tedy alespoň 313 a hodnota průměru alespoň 313,2016. Zbývá najít množinu čísel, jejichž aritmetický průměr by se této hodnotě přesně rovnal. Volbou prvkové množiny {1, 2,..., 624, 751} dostáváme aritmetický průměr 1 + 2 +... + 624 + 751 = 312 + 751 = 313 + 126 = 313,2016. Odpověď. Nejmenší možná hodnota průměru je 313,2016. Poznámka. Příklad vyhovující množiny čísel s aritmetickým průměrem 313,2016 není jediný. Ukažme, jak jeden (výše uvedený) příklad najít a jak vypadají všechny ostatní. Z odvozeného odhadu p n + 1 2 126 plyne, že hodnota p = 313 je možná jedině pro n =, kdy z rovnosti (s pn) = = 126n dosazením obou hodnot p a n dostaneme s = 126 + 313. Takový součet prvků charakterizuje všechny hledané (jak víme prvkové) množiny přirozených čísel. Protože 313 je součet čísel množiny {1, 2,..., }, vyhovující množinu z ní dostaneme, když například její největší prvek zvětšíme o 126 na hodnotu +126 = 751. Dodejme, že k dosažení cíle můžeme takovou operaci rovněž provést s libovolným prvkem i zmíněné množiny při i 500 (připomeňme, že čísla na tabuli byla různá), anebo příslušně zvětšit dvě či více čísel současně (tak lze například dostat vyhovující množinu {1, 2,..., 499, 501,...,, 626}). Za úplné řešení udělte 6 bodů. Dva body udělte za sestrojení množiny s průměrem rovným 313,2016 a zbylé čtyři za odvození, že nižšího průměru dosáhnout nelze. Ze čtyř bodů vyhrazených pro druhou část udělte dva za důkaz, že počet čísel na tabuli je alespoň (stačí i vztah n), jeden za využití různosti čísel k dolnímu odhadu průměru číslem (n+1)/2 a 1 bod za spojení obou výsledků. Pokud řešitel nezmíní nesoudělnost čísel 126 a, body nestrhávejte. Také netrestejte, pokud řešitelem sestrojená množina nevyhovuje pouze vinou drobné aritmetické chyby (například číslo 751 z našeho příkladu je zaměněno číslem 750).

2. Nechť X a Y jsou libovolné dva body popsané v zadání. Uvažme Thaletovu kružnici nad průměrem BY opsanou pravoúhlému trojúhelníku BY X. Ta obsahuje bod X úsečky AE a zároveň se v bodě B dotýká přímky AB. Ze všech takových kružnic má zřejmě nejmenší průměr kružnice k, která má s úsečkou AE společný pouze jeden bod, tudíž se jí dotýká, a je proto vepsána do rovnostranného trojúhelníku AA F, kde A je obraz bodu A ve středové souměrnosti podle vrcholu B a F leží na polopřímce BC (viz obr. 1, kde je vykreslena i jedna z těch kružnic s tečnou AB v bodě B, které mají menší poloměr nežli kružnice k, a tak k úsečce AE nedosahují ). Protože střed kružnice k je zároveň těžištěm trojúhelníku AA F o stranách délky 2, má její průměr délku BY = 2 3 3 a odpovídající bod X je středem strany AF, takže opravdu patří úsečce AE, neboť AX = 1 < AE. F D E X Y C k A B Obr. 1 A Odpověď. Nejmenší možná délka úsečky BY je 2 3 3. Jiné řešení. Vezměme libovolné přípustné body X a Y, označme X 0 patu kolmice z bodu X na AB a položme AX = 2x. Trojúhelník AXX 0 má vnitřní úhly o velikostech 30, 60 a 90, takže AX 0 = x, X 0 B = 1 x a XX 0 = 3x. Podle Pythagorovy věty pro trojúhelník XX 0 B pak platí BX 2 = 4x 2 2x + 1. Navíc pravoúhlé trojúhelníky XX 0 B a BXY jsou podobné (úhly X 0 XB a Y BX jsou shodné střídavé úhly příčky BX rovnoběžek BY a XX 0 ), a my tak můžeme vyjádřit délku úsečky BY jako BY = BX BX XX 0 = 4x2 2x + 1 = 3x 3 3 (4x + 1 x 2 ). Podle AG-nerovnosti navíc platí 4x + 1/x 4, takže BY 3 2 3. Jelikož rovnost nastává, je-li 4x = 1/x neboli x = 1 2, kdy AX = 2x = 1 < AE, takže bod X je tehdy skutečně bodem úsečky AE, je hodnota BY = 3 2 3 dosažitelná, a tedy zároveň hledaným minimem. Za úplné řešení udělte 6 bodů. Za určení bodů X a Y takových, že BY = 2 3 3, udělte dva body, přitom v případě, že řešitel zcela opomene zmínit, proč jím nalezený bod X leží na úsečce AE, udělte ovšem bod pouze jeden. Zbylé čtyři body udělte za důkaz, že nižší hodnoty dosáhnout nelze. Postupuje-li řešitel početně, udělte dva body za vyjádření délky úsečky BY pomocí jakéhokoliv parametru určujícího polohu bodu X (délka AX, úhel ABX atp.).

3. Žádná dvě sudá čísla nemohou být ve stejné ze šesti dvouprvkových podmnožin (říkejme jim dále páry ), a my se tak můžeme omezit na taková rozdělení množiny {1, 2,..., 12} (říkejme jim sudolichá), v nichž jsou páry tvořeny vždy jedním sudým a jedním lichým číslem. Další omezení je, že k číslu 6 ani k číslu 12 nesmíme přiřadit čísla 3 a 9; k číslu 10 pak nesmí být přiřazeno číslo 5. Počet vyhovujících sudolichých rozdělení určíme dvěma způsoby. První způsob: Jednotlivým lichým číslům od 1 do 11 nejprve určíme potenciální sudé partnery. Pro čísla 1, 7 a 11 tvoří množinu {2, 4, 6, 8, 10, 12}, pro čísla 3 a 9 množinu {2, 4, 8, 10}, konečně pro číslo 5 množinu {2, 4, 6, 8, 12}. Z toho je vidět, že k určení počtu všech vyhovujících výběrů sudých partnerů nemůžeme rovnou uplatnit pravidlo součinu, ať už bychom výběr prováděli postupně pro daná lichá čísla v jakémkoli pořadí. Pro nadějné pořadí (5, 3, 9, 1, 7, 11) však pravidlo součinu zafunguje, když předem rozlišíme, zda je číslu 5 přiřazeno číslo z {6, 12}, nebo číslo z {2, 4, 8}. 1 Možností je tak 2 4 3 3 2 1 = 144 v případě prvním a 3 3 2 3 2 1 = 108 v druhém. Celkem pak máme 144 + 108 = 252 možností. Druhý způsob: Protože při sudolichém rozdělení musí být každé ze šesti lichých čísel v páru s jiným ze šesti sudých čísel, je počet všech takových (vyhovujících i nevyhovujících) rozdělení roven 6! = 720. Spočítáme nyní, kolik z těchto sudolichých rozdělení je nevyhovujících. Všechna nevyhovující sudolichá rozdělení tvoří zřejmě množinu M 6 M 12 M 10, kde M 6 je množina těch sudolichých rozdělení množiny {1, 2,..., 12}, ve kterých je s číslem 6 v páru číslo 3 nebo 9, M 12 je množina sudolichých rozdělení, v nichž je s číslem 12 číslo 3 nebo 9 a konečně M 10 je množina těch rozdělení, ve kterých je s číslem 10 v páru číslo 5. Velikost sjednocení M 6 M 12 M 10 je podle principu inkluze a exkluze, jehož platnost lze pro tři množiny nahlédnout pomocí Vennova diagramu (obr. 2), rovna M 6 + M 12 + M 10 M 6 M 12 M 6 M 10 M 12 M 10 + M 6 M 12 M 10 = 2 5! + 2 5! + 5! 2 4! 2 4! 2 4! + 2 3! = 468. Jelikož všech sudolichých rozdělení je 720 a nevyhovujících je 468, je počet těch vyhovujících 720 468 = 252. M 6 M 12 M 10 Obr. 2 Za úplné řešení udělte 6 bodů. Pokud řešitel správně určí výsledek v kombinatorickém tvaru (např. jako 2 4 3 3 2 1+3 3 2 3 2 1) a dopustí se chyby jen při jeho vyčíslení, udělte pět bodů. Pokud předloží funkční způsob, kterak se dopočítat výsledku (jiný než výčet všech možností), a řešení nedokončí nebo v jeho průběhu pochybí, udělte nejvýše tři body. Za pozorování o sudolichých rozděleních ani za výčet soudělných dvojic body neudělujte. 1 K tomuto rozlišení jsme motivováni průnikem určených množin {2, 4, 6, 8, 12} a {2, 4, 8, 10}.

4. Předpokládejme, že čísla a, b, m splňují podmínku x 1, 1 : f(x) m(x 2 + 1), kde f(x) = x 2 + ax + b. Nejprve ukážeme, že alespoň jeden z rozdílů f(1) f(0) a f( 1) f(0) je větší nebo roven jedné: pro libovolnou funkci f(x) = x 2 + ax + b je totiž takže f(0) = b, f(1) = 1 + a + b, f( 1) = 1 a + b, max ( f(1) f(0), f( 1) f(0) ) = max(1 + a, 1 a) = 1 + a 1. Předpoklad z úvodu řešení znamená, že f(1) 2m, f( 1) 2m a f(0) m. Je tedy buď nebo 1 1 + a = f(1) f(0) f(1) + f(0) 2m + m = 3m, (1) 1 1 + a = f( 1) f(0) f( 1) + f(0) 2m + m = 3m. (2) V obou případech dostáváme odhad m 1 3. Pokusíme se ukázat, že m = 1 3 splňuje požadavky úlohy. Pro takové m ovšem v (1) nebo (2) platí všude rovnost, takže musí být a = 0, f(0) = f(0) a f(0) = m = 1 3, tudíž b = f(0) = 1 3. Zdůrazněme, že pro nalezené hodnoty m, a, b prozatím nic nevíme o platnosti nerovnosti ze zadání úlohy pro hodnoty x 1, 1 různé od čísel 1, 0 a 1, o kterých jsme dosud vůbec neuvažovali. Ověřme tedy, že nalezená funkce f(x) = x 2 1 3 pro m = 1 3 podmínky úlohy splňuje: Nerovnost x 2 1 3 1 3 (x2 + 1) je ekvivalentní s nerovnostmi 1 3 (x2 + 1) x 2 1 3 1 3 (x2 + 1) neboli x 2 1 3x 2 1 x 2 + 1 a ty jsou ekvivalentní nerovnostem 0 x 2 1, jež jsou na intervalu 1, 1 zřejmě splněny. Odpověď. Hledané nejmenší m je rovno zlomku 1 3. Za úplné řešení udělte 6 bodů. Za nalezení hodnot parametrů a, b pro m = 1/3 udělte jeden bod, další (druhý) bod pak udělte za přímé ověření vztahu ze zadání. Za odvození nutné podmínky m 1/3 udělte čtyři body. Nahradí-li řešitel algebraické užití trojúhelníkové nerovnosti obdobnou geometrickou úvahou, body nestrhávejte. Naopak za úvahy o tvaru grafu kvadratické funkce (například mlčky využívající její konvexitu) body neudělujte, nejsou-li tyto úvahy doprovozeny dodatečnými argumenty.