Úlohy krajského kola kategorie A

Podobné dokumenty
Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Úlohy krajského kola kategorie C

55. ročník matematické olympiády

Úlohy krajského kola kategorie A

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Úlohy krajského kola kategorie C

Úlohy krajského kola kategorie C

64. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Úlohy krajského 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

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

Klauzurní část školního kola kategorie A se koná

Úlohy krajského kola kategorie A

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie B

Úlohy II. kola kategorie A

Návody k domácí části I. kola kategorie C

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

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

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

Úlohy krajského kola kategorie C

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Řešení 5. série kategorie Student

Úlohy krajského kola kategorie B

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

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

53. ročník matematické olympiády. q = 65

Návody k domácí části I. kola kategorie B

Návody k domácí části I. kola kategorie C

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

Extremální úlohy v geometrii

66. ročníku MO (kategorie A, B, C)

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

Lineární algebra : Metrická geometrie

Pythagorova věta

CVIČNÝ TEST 35. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

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

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

4.3.3 Základní goniometrické vzorce I

Úlohy krajského kola kategorie B

4.3.4 Základní goniometrické vzorce I

M - Pythagorova věta, Eukleidovy věty

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

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

Syntetická geometrie II

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

Internetová matematická olympiáda listopadu 2008

19 Eukleidovský bodový prostor

Syntetická geometrie I

9. Je-li cos 2x = 0,5, x 0, π, pak tgx = a) 3. b) 1. c) neexistuje d) a) x ( 4, 4) b) x = 4 c) x R d) x < 4. e) 3 3 b

Úlohy krajského kola kategorie A

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

Návody k domácí části I. kola kategorie A

Syntetická geometrie I

Analytická geometrie lineárních útvarů

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

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.

Zajímavé matematické úlohy

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

Úlohy domácí části I. kola kategorie A

SOUŘADNICE BODU, VZDÁLENOST BODŮ

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

II. kolo kategorie Z9

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

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

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

M - Příprava na 3. čtvrtletní písemnou práci

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

Extrémy funkce dvou proměnných

GEODETICKÉ VÝPOČTY I.

Patří mezi tzv. homotetie, tj. afinní zobrazení, která mají všechny směry samodružné.

Úlohy domácího kola kategorie B

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

Cvičení z Lineární algebry 1

Počítání v planimetrii Michal Kenny Rolínek

Úlohy MO z let navržené dr. Jaroslavem Švrčkem

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

( ) ( ) ( ) ( ) Skalární součin II. Předpoklady: 7207

Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. na trigonometrii pravoúhlého a obecného trojúhelníku

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

K OZA SE PASE NA POLOVINĚ ZAHRADY Zadání úlohy

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Než si uvedem pravidla hry slovní logik a motivační úlohy k tomto příkladu, vyřešme následující úlohu.

Úlohy domácího kola kategorie A

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

Slouží k opakování učiva 8. ročníku na začátku školního roku list/anotace

CVIČNÝ TEST 1. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 21 IV. Záznamový list 23

c) nelze-li rovnici upravit na stejný základ, logaritmujeme obě strany rovnice

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

Úlohy domácí části I. kola kategorie B

M - Příprava na 1. čtvrtletku pro třídu 4ODK

CVIČNÝ TEST 10. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Renáta Koubková. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 17 IV. Záznamový list 19

JAK NA HYPERBOLU S GEOGEBROU

Vzorové řešení 6. série

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.

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

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

Transkript:

62. ročník matematické olympiády Úlohy krajského kola kategorie A 1. Je dáno 21 různých celých čísel takových, že součet libovolných jedenácti z nich je větší než součet deseti ostatních čísel. a) Dokažte, že každé z daných čísel je větší než 100. b) Určete všechny takové skupiny 21 různých celých čísel, jež obsahují číslo 101. 2. Nechť A, B jsou množiny celých kladných čísel takové, že součet libovolných dvou různých čísel z A náleží B a podíl libovolných dvou různých čísel z B (větší ku menšímu) leží v A. Určete největší možný počet prvků množiny A B. 3. V pravoúhlém trojúhelníku ABC s přeponou AB a odvěsnami délek AC = 4 a BC = 3 leží navzájem se dotýkající kružnice k 1 (S 1, r 1 ) a k 2 (S 2, r 2 ) tak, že k 1 se dotýká stran AB a AC a k 2 se dotýká stran AB a BC. Určete poloměry r 1 a r 2, jestliže platí 4r 1 = 9r 2. 4. Dokažte, že kladná čísla a, b, c jsou délkami stran trojúhelníku, právě když soustava rovnic a(yz + x) = b(zx + y) = c(xy + z), x + y + z = 1 s neznámými x, y, z má řešení v oboru kladných reálných čísel. Krajské kolo kategorie A se koná v úterý 15. ledna 2013 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; bodové hranice k určení úspěšných řešitelů a úspěšných účastníků budou stanoveny centrálně po vyhodnocení statistik bodových výsledků ze všech krajů. Tyto údaje se žákům sdělí před zahájením soutěže.

62. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A 1. a) Označme daná čísla a 1 < a 2 < a 3 <... < a 21. Protože jsou to čísla celá, platí pro každé i {1, 2,..., 20} nerovnost a i+1 a i 1, a proto a i+10 a i 10 pro každé i {1, 2,..., 11}. Podmínka ze zadání je splněna, právě když součet nejmenších jedenácti čísel je větší než součet deseti největších, tedy Odtud a 1 + a 2 +... + a 11 > a 12 + a 13 +... + a 21. (1) a 1 > (a 12 a 2 ) + (a 13 a 3 ) +... + (a 21 a 11 ) 10 10 = 100; protože nejmenší z daných čísel je větší než 100, jsou větší než 100 všechna daná čísla. b) Dokázali jsme nerovnost a 1 101. Všechna ostatní čísla jsou proto větší než 101. Obsahuje-li tedy skupina daných čísel číslo 101, musí platit a 1 = 101. Z ostré nerovnosti (1) pak vyplývá neostrá nerovnost (a 12 a 2 ) + (a 13 a 3 ) +... + (a 21 a 11 ) a 1 1 = 100, a protože a i+10 a i 10, musí být splněna rovnost a i+10 a i = 10 pro každé i {2, 3,..., 11}. To nastane právě tehdy, jsou-li a 2, a 3,..., a 21 po sobě jdoucí celá čísla. Hledané skupiny tedy kromě čísla 101 obsahují ještě libovolných 20 po sobě jdoucích celých čísel větších než 101. Součet jedenácti nejmenších čísel z takové skupiny je o 1 větší než součet deseti největších. Za úplné řešení udělte 6 bodů, po 3 bodech za části a) i b). V části a) udělte 1 bod za vstupní úvahu, že stačí porovnávat součet 11 nejmenších čísel se součtem 10 největších, 1 bod za nerovnosti a i+10 a i 10, 1 bod pak za dokončení důkazu a 1 > 100. V části b) dejte 2 body za důkaz rovností a i+10 a i = 10 a 1 bod za popis všech vyhovujících skupin čísel. (Nechybí-li v řešení a) vstupní úvaha, tolerujte v řešení b) absenci závěrečného konstatování, že nalezené skupiny mají skutečně požadovanou vlastnost.) Za pouhé uhodnutí konkrétních vyhovujících skupin (například skupiny čísel od 101 do 121) žádný bod neudělujte, nejsou-li uhodnuty všechny v tom případě udělte 1 bod. 2. Nejprve dokážeme, že v množině A mohou být nejvýše dvě čísla. Připusťme, že A obsahuje tři čísla a < b < c. Potom do B patří čísla a + b < a + c < b + c, a tedy do A musí patřit číslo b + c a + c = 1 + b a a + c ; to však není celé, neboť 0 < b a < a + c. Kdyby množina B obsahovala čtyři čísla k < l < m < n, patřila by do A tři různá čísla n/k, n/l, n/m. Množina B má tedy nejvýše tři prvky a A B nemůže mít více než pět prvků. Tohoto počtu dosáhneme, právě když bude A = {a, b}, B = {k, l, m}, přičemž a < b a l/k = m/l = a, m/k = b. Potom b = a 2 (a 2) a jedním z prvků množiny B je a + a 2 ; dalšími dvěma jsou pak buď a 2 + a 3 a a 3 + a 4, nebo 1 + a a a 2 + a 3. Pět prvků tak mají dohromady např. množiny A = {2, 4}, B = {3, 6, 12}. Za úplné řešení udělte 6 bodů. Tři body dejte za důkaz nerovnosti A 2, jeden bod za důkaz nerovnosti B A + 1 a dva body za nalezení (stačí jednoho) příkladu množin A a B, pro něž A B = 5.

3. Přepona AB má podle Pythagorovy věty délku AB = 5. Při obvyklém označení velikostí úhlů a stran proto platí cos α = 4 5, cos β = 3 5, cotg α 1 + cos α 2 = 1 cos α = 3, cotg β 2 = 1 + cos β 1 cos β = 2. Protože podle zadání leží obě kružnice k 1, k 2 celé v trojúhelníku ABC, musejí mít vnější dotyk kdyby měly vnitřní dotyk (v bodě přepony), byla by větší kružnice proťata odvěsnou dotýkající se menší kružnice. Označme D a E dotykové body kružnic k 1 a k 2 se stranou AB a F kolmý průmět bodu S 2 na úsečku S 1 D (obr. 1, podle předpokladu je r 1 > r 2 ). Podle Pythagorovy věty pro trojúhelník F S 2 S 1 platí odtud DE = 2 r 1 r 2. (r 1 + r 2 ) 2 = (r 1 r 2 ) 2 + DE 2, C k 1 S 1 r1 r 2 k 2 F S 2 A α/2 β/2 D E Obr. 1 B Z rovnosti AB = AD + DE + EB máme c = r 1 cotg α 2 + 2 r 1 r 2 + r 2 cotg β 2 = 3r 1 + 2 r 1 r 2 + 2r 2, a protože r 1 = 9 4 r 2, dostáváme a tedy 27 4 r 2 + 3r 2 + 2r 2 = 5, r 2 = 20 47, r 1 = 45 47. Poznámka. Obě kružnice s určenými poloměry skutečně leží v trojúhelníku ABC, neboť kružnice mu vepsaná má poloměr ϱ = ab/(a + b + c) = 1, zatímco obě hodnoty r 1, r 2 jsou menší než 1.

Jinou možnost, jak vypočítat hodnotu cotg 1 2α, poskytuje pravoúhlý trojúhelník AT S, kde S je střed kružnice vepsané trojúhelníku ABC a T bod dotyku této kružnice se stranou AB. Platí cotg α 2 = AT ST = b + c a = 3; 2ϱ podobně cotg β 2 = a + c b 2ϱ A další možnost: V pravoúhlém trojúhelníku XCB s odvěsnami délek XC = c+b, CB = a má úhel BXC velikost 1 2α (při umístění bodu X na polopřímku CA totiž vznikne rovnoramenný trojúhelník XBA), a proto = 2. cotg α 2 = c + b a a podobně cotg β 2 = c + a. b Za úplné řešení udělte 6 bodů. Dejte jeden bod za vyjádření DE = 2 r 1 r 2, jeden bod za rovnosti AD = r 1 cotg 1 2 α, BE = r 2 cotg 1 2 β, dva body za výpočet hodnot cotg 1 2 α a cotg 1 β, jeden bod 2 za sestavení rovnosti c = r 1 cotg 1 2 α + 2 r 1 r 2 + r 2 cotg 1 2 β, jeden bod za výpočet poloměrů r 1, r 2. Ověření, že kružnice s těmito poloměry leží v trojúhelníku ABC, může v jinak úplném řešení chybět, stejně jako úvodní konstatování o vnějším dotyku zkoumaných kružnic. 4. Nechť a, b, c jsou kladná čísla. Hledáme řešení soustavy rovnic v množině kladných čísel. Vzhledem k podmínce x + y + z = 1 musejí být čísla x, y, z v intervalu (0, 1). Dosazením z = 1 x y do zbylých rovnic dostaneme a(y xy y 2 + x) = c(xy + 1 x y), b(x x 2 xy + y) = c(xy + 1 x y), po úpravě ay(1 y) + ax(1 y) = c(1 x)(1 y), bx(1 x) + by(1 x) = c(1 x)(1 y), a protože x < 1, y < 1, máme ay + ax = c cx, bx + by = c cy. Sečtením a odečtením posledních dvou rovnic určíme hodnoty x + y = 2c a + b + c a x y = (b a)(x + y) c = 2(b a) a + b + c ; opětovným sečtením a odečtením již získáme vzorce pro x, y a jejich dosazením do z = 1 x y i vzorec pro z: x = b + c a a + b + c, y = c + a b a + b + c, z = a + b c a + b + c. (1) Řešení v množině kladných čísel proto existuje, právě když platí b + c > a, c + a > b, a + b > c, což jsou známé trojúhelníkové nerovnosti.

Zkouška dosazením nalezených hodnot (1) do původní soustavy není nutná, protože všechny provedené úpravy byly za uvedených předpokladů ekvivalentní. Jiné řešení. Uvedeme ještě poněkud přehlednější způsob odvození vzorců (1). Díky podmínce x + y + z = 1 lze zřejmě přepsat první část uvažované soustavy rovnic do tvaru a(1 y)(1 z) = b(1 z)(1 x) = c(1 x)(1 y), (2) odkud po vydělení výrazem (1 x)(1 y)(1 z) (různým od nuly, dokonce jak víme kladným) dostaneme ekvivalentní rovnice a 1 x = b 1 y = c 1 z. Označíme-li s společnou (kladnou) hodnotu posledních tří zlomků, snadno získáme vyjádření x = 1 a s, y = 1 b s, z = 1 c s, (3) jež po dosazení do rovnice x + y + z = 1 vedou k určení hodnoty s = a + b + c. 2 Pro takové s pak již z vyjádření (3) dostaneme kýžené vzorce (1), a tím i důkaz tvrzení úlohy. Dodejme, že díky přepisu (2) by bylo nyní schůdné provést zkoušku přímým dosazením, avšak ani teď to není s ohledem na platná vyjádření (3) nezbytné. Za úplné řešení udělte 6 bodů, z toho 5 bodů za korektní odvození vzorců (1) a 1 bod za souvislost vzorců (1) s trojúhelníkovými nerovnostmi. Při odvození vzorců (1) eliminačním postupem udělte 1 bod za přechod k soustavě dvou rovnic o dvou neznámých (řekněme x a y užitou eliminací z = 1 x y), 3 body za linearizaci této soustavy krácením činiteli 1 x a 1 y (chybí-li vysvětlení, proč to jsou nenulové hodnoty, strhněte 1 bod) a konečně 1 bod za vyřešení lineární soustavy pro neznámé x, y a dopočítání eliminovaného z (lze akceptovat i prohlášení, že vzorec pro z musí mít s ohledem na symetrii tvar analogického zlomku).