tym2013_vybrani_zadachi_stattya.pdf

10
Вибранi задачi XVI Всеукраїнського турнiру юних математикiв О.Г. Кукуш, I.М. Мiтельман, В.М. Радченко, I.В. Федак, В.А. Ясiнський З 28 жовтня по 2 листопада 2013 р. у м. Сiмферополi пройшов XVI турнiр юних ма- тематикiв iменi професора М.Й. Ядренка. Про перебiг фiналу турнiру розповiдалося у попередньому номерi нашого журналу. У заочному турi турнiру було запропоно- вано 21 задачу. Ми наводимо розв’язання частини цих задач, зберiгаючи початкову нумерацiю. Пiсля чвертьфiнальних боїв серед команд-учасниць було проведено рейтингове опитування з метою виявити 10 задач, якi будуть грати у пiвфiналах. Найвищий рейтинг отримали задачi 9 «Коло шести точок» i 16 «Тригонометрiя та многочлени». 1. «Спрощення виразу». Нехай дано многочлен Q(x) n-го степеня з дiйсними коефiцiєнтами i набiр дiйсних чисел λ 1 2 <...<λ n+1 . Спростiть вираз φ(x)= n+1 i=1 a i Q (x + λ i ) , де a i = j ̸=i (λ i - λ j ) -1 , 1 i n +1 (добуток береться за усiма 1 j n +1,j ̸= i). Розв’язання. Якщо P (t) — многочлен степеня не вище n, то P (t) n+1 i=1 ( P (λ i ) · j ̸=i t - λ j λ i - λ j ) ,t R. (*) Справдi, права частина (*) є многочленом степеня не вище n та дорiвнює P (λ i ) при t = λ i , 1 i n +1, а многочлени степеня не вище n, значення яких збiгаються у n +1 точках, є тотожно рiвними. (Вираз у правiй частинi (*) називається iнтерполяцiйним многочленом Лагранжа). Нехай Q(x)= q 0 x n + q 1 x n-1 + ... + q n ,q 0 ̸=0. Запишемо рiвнiсть (*) для многочлена n-го степеня вiд t з параметром x P x (t)= Q(x + t)= q 0 t n + p 1 (x)t n-1 + ... + p 0 (x). Маємо P x (t)= n+1 i=1 ( P x (λ i ) · j ̸=i t - λ j λ i - λ j ) = n+1 i=1 ( a i Q(x + λ i ) · j ̸=i (t - λ j ) ) ,t R. Прирiвнюючи коефiцiєнти при t n справа i злiва, дiстаємо, що φ(x)= q 0 при всiх x R. Вiдповiдь: φ(x) тотожно дорiвнює старшому коефiцiєнту многочлена Q(x). 1

Upload: narmo66

Post on 30-Sep-2015

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • i i XVI i i

    .. , I.. i, .. , I.. , .. i

    28 2 2013 . . ii XVI i -i ii .. . i i i i i . i i - 21 . , i i.

    i i - 10 , i ii. i 9 i 16 i .

    1. . Q(x) n- iii i i i 1 < 2 < : : : < n+1: i

    '(x) =n+1Xi=1

    aiQ (x+ i) ;

    ai =Qj 6=i

    (i j)1 ; 1 i n+ 1 ( i 1 j n+ 1; j 6= i).. P (t) n;

    P (t) n+1Xi=1

    P (i)

    Yj 6=i

    t ji j

    !; t 2 R: ()

    i, () n i P (i) t = i; 1 i n+1; n; i n+1, i. ( i i () ii ).

    Q(x) = q0xn+q1xn1+ : : :+qn; q0 6= 0: ii () n- i t x

    Px(t) = Q(x+ t) = q0tn + p1(x)t

    n1 + : : :+ p0(x):

    Px(t) =n+1Xi=1

    Px(i)

    Yj 6=i

    t ji j

    !=

    n+1Xi=1

    aiQ(x+ i)

    Yj 6=i

    (t j)!; t 2 R:

    i ii tn i i, i, '(x) = q0 ix 2 R:

    ii: '(x) i ii Q(x).

    1

  • 2. ii . i i i a; ii

    1

    x+

    1

    y>

    a

    x+ y+

    r1

    x2+

    1

    y2

    i i x > 0 y > 0:. i i i ii

    x+ y

    xy(x+ y

    px2 + y2) > a;

    (1 + t)(1 + tp1 + t2)t

    > a;

    t = yx> 0: i 1 + t +

    p1 + t2:

    , (1 + tp1 + t2)(1 + t+p1 + t2) = (1 + t)2 (1 + t2) = 2t; i

    f(t) =2(1 + t)

    1 + t+p1 + t2

    > a; t > 0:

    ip1 + t2 1 i t > 0: , i a 1

    i. i , i f(t) [0;+1) f(0) = 1; a > 1; t f(t) < a:

    ii: a 1:4. i, . N i k i i . N

    ii , , i i i i , , i i . i ii i i i, i i i k- i . i i ii, , ii , i i i i.

    4.1. N = 2027 k = 2013 i ii i, i i .

    4.2. ii S(N; k) ii i, i i .

    . k = 1; i i i i . i , k > 1: i , N = 1 i ii ii i, i k + 1: i -, N > 1:

    m ii i, i i . xi; 1 i N; ii , i i i , i- i. i, i

    x1 = m 1 m1k = (m 1) k1k ;x2 = (x1 1) k1k = (m 1)

    k1k

    2 k1k;

    x3 = (x2 1) k1k = (m 1)k1k

    3 k1k

    2 k1k;

    2

  • xN =(xN1 1) k1k = (m 1)

    k1k

    N k1k

    N1 k1k

    N2 : : : k1k

    =

    =(m 1) k1k

    N+ k

    k1k

    N (k 1) = (m+ k 1) k1k

    N (k 1) :i k1 k i , xN ; i i i xi;

    i, m+k1 = l kN l: , xN = l (k 1)N (k 1) : l 1; xN i N; S(N; k) = m = l kN k + 1:

    i i :) k = 2 l = N + 1; i S(N; 2) = (N + 1)2N 1:) k 1 i N; l = 1 S(N; k) = kN k + 1:) N , k > 2 l = 1;

    i (k 1)N (k 1) i N: S(N; k) = kN k + 1: ii i 4.1: iN = 2027 , S (2027; 2013) = 20132027 2012:

    ) k > 2 i (k 1; N) = 1: i (k 1)'(N) 1i N; '(N) i , ii , i N N . s , q = s'(N)N + 1 0: i l = (k 1)q i,

    xN = l (k 1)N (k 1) = (k 1)(k 1)s'(N) 1

    i N; i S(N; k) m = ks'(N)+1 k + 1:) k > 2 (k 1; N) = d > 1: M = N

    d: ,

    i (k 1;M) > 1: i, p i (k 1;M) : i p k 1 n N i i n. , xN = l(k 1)N (k 1) i pn+1 l; i N .

    (k 1;M) = 1 i i ) s , q = s'(M) N + 1 0; l = (k 1)q: il(k 1)N1 1 = (k 1)s'(M) 1 i M; xN i Md = N: i i S(N; k) m = ks'(M)+1 k + 1:

    5. .5.1. i P (x) i ii, i x 2 R

    ii

    Px+ x2

    = x+ x2 + : : :+ x2013 + x2014?

    5.2. i P (x) i ii, i i a i b i x 2 R ii

    Px+ x2 + x3

    = x+ x2 + x3 + : : :+ x2010 + ax2011 + bx2012 + x2013?

    3

  • .5.1. x = 1 i P (2) = 2014; x = 2 P (2) = (2 + 4) + (8 + 16) + : : :+ 22013 + 22014 = 2 + 8 + : : :+ 22013 6= 2014;

    i. , P (x) i.5.2. i i ii ii ,

    i i. ii i i i x: x = 1 x = i i P (1) = a+b1 P (1) = i1ai+ b+ i ii. i ii i , i a + b 1 = b 1 2 a = 0; i. , P (x) i.

    6. i . !, A, B,C. BF i CE ABC, M AC. i i BF i EM i A i !.

    . O !, H ABC,T BF i EM , G i, BC CO i (. 1). i \CGO = \CGB = 90; B;O;G i i.

    \MGO = \MCO = 90 \MOC = 90 \EBC = \ECB = \EGB = \EGO; M;G;E ii.

    i i , . 1. \BAC = ; 45 < < 90: \EBT = 90 ; \AEM = ;\ETB = \AEM \EBT = 2 90; i

    BT = BE sincos 2

    = BH sin2

    cos 2:

    , T H i B ii sin2

    cos 2: ii i

    , - i i 0 < < 180; 6= 45; 6= 135: = 45 = 135 i BF EM i i, T .

    . 1.

    BC ! 180; iii i 45 135:i \BHC = \EHF = 180 \EAF = 180 , H

    4

  • !0, ! i BC. , A i !; A 6= B; A 6= C; H i !0 . ii T i , !0 i B ii sin2

    cos 2; .

    7. i ii. i i i i - i a; b; c; ii un = an + bn + cn; n 1; .

    . u2 > u1 i ii un; n 1:, . i, ii i- n 2

    un1un+1 =(an1 + bn1 + cn1)(an+1 + bn+1 + cn+1) (an12 an+12 + bn12 bn+12 + cn12 cn+12 )2 = (an + bn + cn)2 = u2n:

    iun+1un

    unun1

    : : : u2u1

    > 1;

    un+1 > un; n 1: , ii un; n 1; i i, u2 > u1;

    a2 + b2 + c2 > a+ b+ c: ia 1

    2

    2+b 1

    2

    2+c 1

    2

    2>p

    32

    2;

    i i (a; b; c) , i i i R =

    p32 i

    12; 12; 12

    :

    8. i i. i i i i ii [1; 2]i f : [0;+1) ! R; i i r 0 i ' 2

    6; 4

    iif (r cos') + f (r sin') = f (r) :

    . r = 0 f(0) + f(0) = f(0); f(0) = 0: ' = 4

    i r 0 i

    f

    rp2

    + f

    rp2

    = f (r) ; f (r) = 2f

    rp2

    ; f

    rp2

    = 2f

    r2

    ; f (r) = 4f

    r2

    :

    i , f(r 2k) = 22kf(r); k 2 Z: i f ii [1; 2] ; i ii [2k; 2k+1]; k 2 Z: f , i ii, i f (0;+1) :

    i g : [0; +1) ! R , g(x) = f (px) : i g(0) = 0 f(x) = g(x2): i i f (0;+1) , ig (0;+1):

    i g (r2 cos2 ')+ gr2 sin2 '

    = g (r2) i i r 0

    ' 2 6; 4

    : , g(u) + g (v) = g (u+ v) i u; v > 0 , 1 u

    v 3:

    5

  • ii n 1;

    g(nx) = ng(x); x > 0: ()

    n = 1 . , () i i n k 1; () n = k. i, k = 2m; u = v = m

    g (kx) = g (mx) + g (mx) = mg (x) +mg (x) = kg (x) :

    k = 2m+ 1; u = (m+ 1)x v = mx 1 < uv= m+1

    m< 3;

    g (kx) = g ((m+ 1)x) + g (mx) = (m+ 1) g (x) +mg (x) = kg (x) :

    , ii () i n 1: g(1) = c: i m;n 1 () i ng m

    n

    = g(m) = mg(1) = mc;

    gmn

    = m

    nc: , g(x) = cx i i x:

    x i ii . i ig , c 0 i i 0 < r0 < x < r00 cr0 = g(r0) g(x) g(r00) = cr00; i g(x) = cx: i c < 0: , , g(x) = cx i x 0: ii f(x) = cx2; x 0:

    i , i i i i c 2 R:ii: f(x) = cx2; x 0; c 2 R i.9. . PQR, ! -

    i QR, RP PQ A, B C ii, AB2+AC2 = 2BC2.i, iii PA, QB i RC, !, i ABC, A iii AC i AB i.

    . AB = c; BC = a; AC = b;AA1; BB1; CC1 i ABC; M i, O !(. 2). i \AB1O = \AC1O = 90; iB1O; C1O i AC AB. , A; B1; C1 O i i AO:

    G i AA1 ii B1C1: i i i i

    AA21 =14(2b2 + 2c2 a2) = 3

    4a2;

    AG MG = 12AA1 16AA1 = a

    2

    16= a

    4 a4= B1G C1G: . 2.

    M , AB1C1: , ii PA, QB RC i , -

    .

    6

  • P PD PE i AB AC ii (. 3). iPB = PC; \PBD = C \PCE = B; iPDPE

    = PB sinCPC sinB

    = cb: i (i

    i), i AP i , i i \BAC ii i i AB AC i- c b: L AP BQ; ha; hb; hc ii i L iBC; AC AB ii. i hc : hb = c : b i ha : hc = a : c: i hb : ha = b : a; L CR: , -, ii PA, QB RC ii i L:

    i, SABA1 = SACA1 ; ii i A1 i AB AC i b c:i , , A1i i \BAC; i AP: \BAL = \A1AC: i . 3.

    SBCL : SACL : SABL = aha : bhb : chc = a2 : b2 : c2;

    i b2+c2 = 2a2 i, SBCL = 13SABC = SBCM; LM k BC:i, i AP AB1C1 i L1:

    i ^C1L1 =^MB; i L1M k C1B1 k BC; L1 L i, .

    11. i i . i i i i p; 37p2 47p+ 4 .

    . 37p2 47p + 4 = n2; n 2 N: i p (37p 47) = (n 2) (n+ 2) :, n 2 n+ 2 i p:

    n 2 = kp; k 2 N [ f0g; n + 2 = kp + 4; p (37p 47) = kp (kp+ 4) ;(37 k2) p = 4k + 47: i k 6 : p = 3 k = 4 p = 71 k = 6:

    n+2 = lp; l 2 N; n 2 = lp 4; (37 l2) p = 47 4l: l 6 p = 23 l = 6; l > 6 i i, (l2 37) p > 6l 37 > 4l 47:

    ii: p = 3, p = 23 p = 71:13. ii ii. ii

    fan; n 1g : a1 = 0; a2 = ; an = an1 + an2; n 3:

    i i i ; ; ; p > 2 ap2 i p?

    7

  • . = 6; = 1; = 2: Ii n 1 ,

    an = 2n + 2(1)n; n 1:

    i, n = 1 n = 2 ii , n = m n = m+ 1; n = m+ 2

    am+2 = am+1 + 2am = 2m+1 + 2(1)m+1 + 2(2m + 2(1)m) = 2m+2 + 2(1)m+2:

    n = p2; p . 2p1 1i p;

    ap2 = 2p2 2 = 2(2p21 1) = 2(2p1 1)(2p(p1) + : : :+ 22(p1) + 2p1 + 1)

    i p:ii: i.16. i . i i k 2 Z;

    i i i P (u; v; w) i ii, i x 2 R; y 2 R ii

    cos(20x+ 13y) = P (cosx; cos y; cos(x+ ky)):

    . 1) , cos(ax+by), a, b i ii , i ii i cos x, cos y cos(x + ky), b i k.

    i, k = 0; i x; y 2 R

    cos(ax by) = P (cosx; cos(y); cos x) = P (cosx; cos y; cos x) = cos(ax+ by);

    x = 2a; y =

    2bi 1 = 1; i.

    i , k 6= 0: i i x 2 R y = k

    cosax b

    k

    = P (cosx; cos(y); cos(x )) = P (cosx; cos y; cos(x+ )) = cosax+ b

    k

    :

    x = bak

    ii i 1 = cos(2bk); b

    k i.

    2) , i i a b, b i k, i cos(ax+by) i ii i cos x, cos y cos(x+ ky):

    , a 2 Z i Ta(t); cos ax = Ta(cosx): i, T0(t) = 1 T1(t) = t, i Tn(t) Tn+1(t); ii

    cos(n+ 2)x = 2 cos x cos(n+ 1)x cosnx

    Tn+2(t) = 2tTn+1(t) Tn(t); n 0: , Ta(t) i i i a 0 a < 0 Ta(t) = Ta(t):

    8

  • , a 2 Z cos(ax+ ky) i cos x, cos y cos(x + ky): i, a = 0 a = 1 cos ky = Tk(cos y) cos(x+ ky) = cos(x+ ky); ii

    cos(nx+ ky) = 2 cos x cos(n 1)x+ ky cos(n 2)x+ ky

    ii i i a = n 2; a = n 1 a = n n 2 i a = n+ 1; a = n+ 2 a = n n 1:

    i, i i a 2 Z , cos(ax+ cky) i cos x, cos y cos(x + ky) i c 2 Z: c = 0 c = 1 , ii

    cos(ax+ nky) = 2Tk(cos y) cosax+ (n 1)ky cosax+ (n 2)ky

    ii i i c = n 2; c = n 1 c = n n 2 i c = n+ 1; c = n+ 2 c = n n 1:

    , , cos(ax+by), a, b i ii , i cos x, cos y cos(x+ ky) i i, b i k.

    ii i cos(20x+13y) i cosx; cos y cos(x+ky) , 13 i k, k = 1, 13.

    ii: k = 1, 13.17. . i

    i i . i, i i i i i i i i i, ii i, i .

    . i A1A2A3A4. G1, G2, G3, G4 i A2A3A4, A1A3A4, A1A2A4, A1A2A3 ii. i-, ii A1G1, A2G2, A3G3 A4G4 ( i ) i i G, i i i-i 3 : 1, i . G1G2G3G4 A1A2A3A4 i iG i ii k = 13 . i - A1A2A3A4 i G1G2G3G4. , G1G2G3G4 i i i i, A1A2A3A4 i i.

    21. i . n 2. i i pa21 + 1 +

    pa22 + 1 + : : :+

    pa2n + 1

    a1 + a2 + : : :+ an

    a1, a2, : : : ; an, i a1a2 : : : an = 1.. , q

    a21 + 1 +qa22 + 1 + : : :+

    pa2n + 1

    p2 (a1 + a2 + : : :+ an) : ()

    9

  • i a1 = : : : = an = 1 ii, i , i i

    p2:

    i f(x) =px2 + 1 xp2 + lnxp

    2 , f(x) 0

    i x > 0:

    f 0(x) =xp

    x2 + 1p2 +

    1p2x

    =2x2 2p2xpx2 + 1 +p2px2 + 1

    2xpx2 + 1

    :

    :

    2x2 2p2xpx2 + 1 +

    p2px2 + 1 =

    p2x

    px2 + 1

    2+px2 + 1

    p2

    px2 + 1

    :

    0 < x < 1 , x > 1 i, px2 + 1 >

    p2xpx2 + 1 > 0

    px2 + 1

    p2 =

    x2 1px2 + 1 +

    p2>

    x2 1p2x+

    px2 + 1

    =p2x

    px2 + 1 > 0;

    px2 + 1

    p2px2 + 1 < p2xpx2 + 12:

    , i f(x) 0 < x < 1 x > 1; i x > 0 f(x) f(0) = 0: ,

    f(a1) + : : :+ f(an) =qa21 + 1 + : : :+

    pa2n + 1

    p2 (a1 + : : :+ an) 0

    ( , ln a1 + : : :+ ln an = 0). ii () .

    10