LXI Olimpiada Matematyczna

Podobne dokumenty
LX Olimpiada Matematyczna

LVIII Olimpiada Matematyczna

LXV Olimpiada Matematyczna

LVII Olimpiada Matematyczna

IX Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

LVIII Olimpiada Matematyczna

XII Olimpiada Matematyczna Juniorów Zawody stopnia pierwszego część korespondencyjna (1 września 2016 r. 17 października 2016 r.)

VII Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

LXII Olimpiada Matematyczna

Internetowe Ko³o M a t e m a t yc z n e

Treści zadań Obozu Naukowego OMJ

LXIII Olimpiada Matematyczna

LV Olimpiada Matematyczna

VII Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

XIII Olimpiada Matematyczna Juniorów

STOWARZYSZENIE NA RZECZ EDUKACJI MATEMATYCZNEJ KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY MATEMATYCZNEJ JUNIORÓW SZCZYRK 2017

V Międzyszkolny Konkurs Matematyczny

XI Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

X Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Obóz Naukowy Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów

2. Wykaż, że dla dowolnej wartości zmiennej x wartość liczbowa wyrażenia (x 6)(x + 8) 2(x 25) jest dodatnia.

LXIX Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 18 kwietnia 2018 r. (pierwszy dzień zawodów)

Treści zadań Obozu Naukowego OMG

LXIII Olimpiada Matematyczna

LI Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 3 kwietnia 2000 r. (pierwszy dzień zawodów)

METODY KONSTRUKCJI ZA POMOCĄ CYRKLA. WYKŁAD 1 Czas: 45

LVII Olimpiada Matematyczna

LXV Olimpiada Matematyczna

XIV Olimpiada Matematyczna Juniorów

Treści zadań Obozu Naukowego OMG

Bukiety matematyczne dla gimnazjum

Obóz Naukowy Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów

X Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Obóz Naukowy Olimpiady Matematycznej Gimnazjalistów

Zadania otwarte krótkiej odpowiedzi na dowodzenie

LXVIII Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia drugiego 24 lutego 2017 r. (pierwszy dzień zawodów)

LXI Olimpiada Matematyczna

XIV Olimpiada Matematyczna Juniorów Zawody stopnia pierwszego część korespondencyjna (1 września 2018 r. 15 października 2018 r.)

Planimetria Uczeń: a) stosuje zależności między kątem środkowym i kątem wpisanym, b) korzysta z własności stycznej do okręgu i własności okręgów

Bukiety matematyczne dla gimnazjum

VIII Olimpiada Matematyczna Gimnazjalistów

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI MODUŁ 11 Zadania planimetria

LIX Olimpiada Matematyczna

Jarosław Wróblewski Matematyka Elementarna, zima 2014/15

XV Olimpiada Matematyczna Juniorów

Internetowe Ko³o M a t e m a t yc z n e

LVIII Olimpiada Matematyczna

Zadania przygotowawcze do konkursu o tytuł NAJLEPSZEGO MATEMATYKA KLAS PIERWSZYCH I DRUGICH POWIATU BOCHEŃSKIEGO rok szk. 2017/2018.

W. Guzicki Próbna matura, grudzień 2014 r. poziom rozszerzony 1

Zadania, które zaproponowałem na różne konkursy Olimpiada Matematyczna. bc(b 3 + c 3 ) + c4 + a 4. ca(c 3 + a 3 ) 1. c + ca + cab 1 ( 1

Obozowa liga zadaniowa (seria I wskazówki)

LVI Olimpiada Matematyczna

EGZAMIN MATURALNY W ROKU SZKOLNYM 2014/2015

Zadanie PP-GP-1 Punkty A, B, C, D i E leżą na okręgu (zob. rysunek). Wiadomo, że DBE = 10

Indukcja matematyczna

Zbiór zadań z geometrii przestrzennej. Michał Kieza

Planimetria VII. Wymagania egzaminacyjne:

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

LXII Olimpiada Matematyczna

W. Guzicki Zadanie IV z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

Dydaktyka matematyki, IV etap edukacyjny (ćwiczenia) Ćwiczenia nr 7 Semestr zimowy 2018/2019

Internetowe Kółko Matematyczne 2003/2004

Bolesław Mokrski Józef Siwy Tomasz Szymczyk. Matematyczny sezam. 15 lat Śląskiego Konkursu Matematycznego

Ćwiczenia z Geometrii I, czerwiec 2006 r.

Kolorowanie płaszczyzny, prostych i okręgów

11. Znajdż równanie prostej prostopadłej do prostej k i przechodzącej przez punkt A = (2;2).

Czworościany ortocentryczne zadania

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Cztery punkty na okręgu

Przykładowy zestaw zadań nr 2 z matematyki Odpowiedzi i schemat punktowania poziom rozszerzony

Rozwiązania zadań otwartych i schematy oceniania Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i schemat oceniania zadań otwartych

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

Zadanie 1. W trapezie ABCD poprowadzono przekątne, które podzieliły go na cztery trójkąty. Mając dane pole S 1

XIII Olimpiada Matematyczna Juniorów

G i m n a z j a l i s t ó w

Geometria analityczna

Zadania na dowodzenie Opracowała: Ewa Ślubowska

Elżbieta Świda Elżbieta Kurczab Marcin Kurczab. Zadania otwarte krótkiej odpowiedzi na dowodzenie na obowiązkowej maturze z matematyki

Treści zadań Obozu Naukowego OMG

Ćwiczenia z geometrii I

XII Olimpiada Matematyczna Juniorów

Twierdzenie Talesa. Adrian Łydka Bernadeta Tomasz. Teoria

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

1. ODPOWIEDZI DO ZADAŃ TESTOWYCH

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

O D P O W I E D Z I D O Z A D A Ń T E S T O W Y C H

LIV Olimpiada Matematyczna

A. fałszywa dla każdej liczby x.b. prawdziwa dla C. prawdziwa dla D. prawdziwa dla

= a + 1. b + 1. b całkowita?

9. Funkcje trygonometryczne. Elementy geometrii: twierdzenie

LXX Olimpiada Matematyczna

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Rysunek 1. Udowodnij, że AB CD = BC DA. Rysunek 2. Po inwersji o środku w punkcie E. Rysunek 3. Po inwersji o środku w punkcie A

Klasa III technikum Egzamin poprawkowy z matematyki sierpień I. CIĄGI LICZBOWE 1. Pojęcie ciągu liczbowego. b) a n =

Matematyka rozszerzona matura 2017

Odbicie lustrzane, oś symetrii

( ) Arkusz I Zadanie 1. Wartość bezwzględna Rozwiąż równanie. Naszkicujmy wykresy funkcji f ( x) = x + 3 oraz g ( x) 2x

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

Odległośc w układzie współrzędnych. Środek odcinka.

XXV Rozkosze Łamania Głowy konkurs matematyczny dla klas I i III szkół ponadgimnazjalnych. zestaw A klasa I

Transkrypt:

1 Zadanie 1. LXI Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 21 kwietnia 2010 r. (pierwszy dzień zawodów) Dana jest liczba całkowita n > 1 i zbiór S {0,1,2,...,n 1} mający więcej niż 3 n elementów. Dowieść, że istnieją takie liczby całkowite 4 a, b, c, że reszty z dzielenia przez n liczb a, b, c, a+b, a+c, b+c, a+b+c należą do zbioru S. Oznaczmy przez k liczbę elementów zbioru S; mamy więc k > 3 4 n. Wybierzmy najpierw dowolną liczbę a S. Zauważmy następnie, że dla różnych liczb x S otrzymujemy różne reszty z dzielenia liczby a+x przez n, gdyż zbiór S jest zawarty w przedziale o długości mniejszej niż n. Zbiór S składa się z k reszt z dzielenia przez n, więc istnieje najwyżej n k takich wartości x S, że reszta z dzielenia liczby a+x przez n nie należy do zbioru S. Z warunku k > 3 4n wynika, że n k < k. W rezultacie istnieje taka liczba b S, że reszta z dzielenia liczby a+b przez n należy do zbioru S. Wybierzmy więc i ustalmy taką liczbę b. Analogicznie dowodzimy, że: istnieje najwyżej n k wartości y S, dla których reszta z dzielenia liczby a+y przez n nie należy do zbioru S; istnieje najwyżej n k wartości y S, dla których reszta z dzielenia liczby b+y przez n nie należy do zbioru S; istnieje najwyżej n k wartości y S, dla których reszta z dzielenia liczby a+b+y przez n nie należy do zbioru S. Zatem istnieje najwyżej 3(n k) takich wartości y S, że reszta z dzielenia przynajmniej jednej z liczb a+y, b+y, a+b+y przez n nie należy do zbioru S. Nierówność k > 3 4n daje 3(n k) < k, więc możemy wybrać taką liczbę c S, że reszty z dzielenia liczb a+c, b+c, a+b+c przez n należą do zbioru S. Tak otrzymane liczby a, b, c spełniają oczywiście warunki zadania. Zadanie 2. Dodatnie liczby wymierne a i b spełniają równość a 3 +4a 2 b = 4a 2 +b 4. Udowodnić, że liczba a 1 jest kwadratem liczby wymiernej. Z zależności danej w treści zadania otrzymujemy a(a+2b) 2 = a 3 +4a 2 b+4ab 2 = 4a 2 +b 4 +4ab 2 = (2a+b 2 ) 2,

2 skąd wniosek, że a = (2a+b2 ) 2 (a+2b) 2, czyli a = 2a+b 2 a+2b. Zatem a jest liczbą wymierną. Ponadto liczba x=b jest pierwiastkiem trójmianu kwadratowego x 2 2 ax+2a a a = 0. Jednocześnie współczynniki tego trójmianu są liczbami wymiernymi i wobec tego jego wyróżnik, ktory wynosi = (2 a) 2 4(2a a a) = 4a( a 1), jest kwadratem liczby wymiernej. Jest nim więc także liczba (2 a) 2 = a 1. Zadanie 3. Dany jest równoległobok ABCD, w którym kąt DAB jest ostry. Punkty A, P, B, D leżą w tej kolejności na jednym okręgu. Proste AP i CD przecinają się w punkcie Q. Punkt O jest środkiem okręgu opisanego na trójkącie CP Q. Wykazać, że jeśli D O, to proste AD i DO są prostopadłe. Niech okrąg przechodzący przez punkty A, P, B, D przecina po raz drugi prostą BC w punkcie E (w przypadku styczności przyjmujemy E = B) oraz niech proste AP i BC przecinają się w punkcie F (rys. 1). Z założenia <)DAB < 90 wynika, że punkty E i F leżą wewnątrz półprostej CB. Q D O C A B P E F rys. 1 Punkty A, P, E, B leżą na jednym okręgu, więc (1) F P F A = F E F B.

3 Z drugiej strony, twierdzenie Talesa zastosowane do kąta AF B przeciętego prostymi równoległymi AB i QC daje F A (2) F Q = F B F C. Łącząc zależności (1) i (2) stwierdzamy, że (3) F P F Q = F E F C. Ponadto punkty F, E, P bądź to pokrywają się, bądź są różne i punkt F leży na zewnątrz obu odcinków P Q i EC (jeżeli punkt P leży po tej samej stronie prostej BC, co odcinek AD) albo wewnątrz obu tych odcinków (gdy P leży po przeciwnej stronie prostej BC). We wszystkich tych przypadkach równość (3) wskazuje, że punkty P, Q, E, C leżą na jednym okręgu, którego środkiem w myśl warunków zadania jest punkt O. Wobec tego (4) OE = OC. Jednocześnie trapez o podstawach AD i BE jako wpisany w okrąg jest trapezem równoramiennym, zatem odcinki AB i DE, będące jego dwiema przekątnymi albo dwoma ramionami, mają równe długości. Stąd (5) DE = DC. Równości (4) i (5) oznaczają, że punkty D i O leżą na symetralnej odcinka EC, która jest oczywiście prostopadła do prostej AD. To kończy rozwiązanie. Zadania z poprzednich Olimpiad Matematycznych oraz bieżące informacje można znaleźć w Internecie pod adresem: www.om.edu.pl

4 Zadanie 4. LXI Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 22 kwietnia 2010 r. (drugi dzień zawodów) Wewnątrz boku BC trójkąta ABC leżą różne punkty D i E, przy czym BD < BE. Niech p 1 i p 2 oznaczają odpowiednio obwody trójkątów ABC i ADE. Udowodnić, że p 1 > p 2 +2 min{bd,ec}. Niech F będzie takim punktem odcinka BC, że CF = BD (rys. 2). Uzupełnijmy trójkąt ABF do równoległoboku ABF G; wówczas czworokąt ADCG także jest równoległobokiem. A G B D E F rys. 2 Niech H oznacza punkt przecięcia odcinków AC i F G. Stosując nierówność trójkąta do (być może zdegenerowanego do odcinka) trójkąta AEF oraz do trójkątów GCH i AF H otrzymujemy Wobec tego AE AF +EF, GC < GH +CH, AF < HA+HF. AD +AE = GC +AE GC +AF +EF < GH +CH +HA+HF +EF = = AC +GF +EF = AC +AB +EF. Ponieważ x y = x+y 2 min{x,y} oraz EF = BD CE, więc dostajemy AD +AE < AC +AB +BD +CE 2 min{bd,ce}. Dodając do obu stron powyższej nierówności wielkość DE stwierdzamy, że p 2 < p 1 2 min{bd,ce}, co należało wykazać. Zadanie 5. Liczba pierwsza p > 3 daje resztę 2 z dzielenia przez 3. Niech a k = k 2 +k +1 H C dla k = 1,2,3,...,p 1. Wykazać, że iloczyn a 1 a 2 a 3...a p 1 daje resztę 3 z dzielenia przez p. Udowodnimy najpierw, że liczby 0 3, 1 3, 2 3,..., (p 1) 3 dają różne reszty z dzielenia przez p.

Przypuśćmy bowiem, że dla pewnych m,n {0,1,2,...,p 1} spełniona jest zależność m 3 n 3 (mod p). Z założenia mamy p=3l+2 dla pewnej liczby całkowitej l, a więc (1) m 2p 1 = m 6l+3 = (m 3 ) 2l+1 (n 3 ) 2l+1 = n 6l+3 = n 2p 1 (mod p). Z drugiej strony, małe twierdzenie Fermata orzeka, że m p m(mod p) oraz n p n(mod p), co daje m 2p 1 = m p m p 1 m m p 1 = m p m (mod p) i podobnie n 2p 1 n(mod p). Wraz z równością (1) prowadzi to do wniosku, że m n(mod p), czyli m = n. To dowodzi początkowego stwierdzenia. Ponieważ liczby 0 3 1 i 1 3 1 dają odpowiednio reszty p 1 i 0 z dzielenia przez p, więc w szczególności wykazaliśmy, że ciąg reszt z dzielenia liczb 2 3 1, 3 3 1, 4 3 1,..., (p 1) 3 1 przez p jest permutacją ciągu 1, 2, 3,..., p 2. Wobec tego (2) (2 3 1)(3 3 1)(4 3 1)...((p 1) 3 1) 1 2 3... (p 2)=(p 2)! (mod p). Z drugiej strony, mamy k 3 1 = (k 1)a k dla k = 2,3,4,...,p 1 i mnożąc te równości stronami dostajemy (3) (2 3 1)(3 3 1)(4 3 1)...((p 1) 3 1) = (p 2)!a 2 a 3 a 4...a p 1. Łącząc zależności (2) i (3) widzimy, że (p 2)! (p 2)!a 2 a 3 a 4...a p 1 (mod p) i ponieważ liczba (p 2)! nie jest podzielna przez liczbę pierwszą p, więc iloczyn a 2 a 3 a 4...a p 1 daje resztę 1 z dzielenia przez p. A skoro mamy a 1 =3, iloczyn a 1 a 2 a 3...a p 1 daje resztę 3 z dzielenia przez p. Zadanie 6. Dana jest liczba rzeczywista C > 1. Ciąg dodatnich liczb rzeczywistych a 1, a 2, a 3,..., w którym a 1 = 1 i a 2 = 2, spełnia warunki a mn = a m a n oraz a m+n C(a m +a n ) dla m,n = 1,2,3,... Dowieść, że Wykażemy przede wszystkim, że a n = n dla n = 1,2,3,... a m+n a m +a n dla wszystkich m,n = 1,2,3,... Niech S oznacza zbiór takich dodatnich liczb rzeczywistych d, że nierówność a m+n d(a m +a n ) jest spełniona dla dowolnych m,n=1,2,3,... W myśl warunków zadania jest to zbiór niepusty, gdyż należy doń liczba C. Ponadto wraz z dowolną liczbą do zbioru S należą wszystkie liczby większe. Zbiór S jest zatem przedziałem domkniętym D; ) lub przedziałem otwartym (D; ) dla pewnej dodatniej liczby rzeczywistej D. Ta druga możliwość jednak odpada. Oznacza ona bowiem, że dla każdej wartości d > D nierówność a m+n d(a m +a n ) jest spełniona dla wszystkich m,n = 1,2,3,... 5

6 Ustalając wskaźniki m i n widzimy, że nieostra nierówność a m+n d(a m +a n ) jest prawdziwa dla każdej wartości d > D. Jest ona więc prawdziwa również dla d=d. Wobec tego a m+n D(a m +a n ) i z uwagi na dowolność wskaźników m i n stwierdzamy, że D S. Zatem zbiór S jest przedziałem domkniętym D; ). Ponieważ D S, więc dla dowolnych j,k,l = 1,2,3,... możemy napisać a j+k+l D(a j +a k+l ) D(a j +D(a k +a l )) = Da j +D 2 a k +D 2 a l. Dokonując cyklicznych przestawień symboli j, k, l otrzymujemy dwie analogiczne nierówności. Sumując je wraz z powyższą uzyskujemy a j+k+l ( 2 3 D2 + 1 3 D)(a j +a k +a l ). Przyjmijmy teraz j = m 2, k = 2mn, l = n 2 ; otrzymujemy wówczas a (m+n) 2 ( 2 3 D2 + 1 3 D)(a m 2 +a 2mn +a n 2). Z warunków zadania wynika, że lewa strona powyższej nierówności wynosi a 2 m+n, natomiast drugi nawias po prawej stronie można zapisać w postaci a m a m +a 2 a m a n +a n a n = a 2 m +2a m a n +a 2 n = (a m +a n ) 2. Zatem 2 a m+n 3 D2 + 1 3 D (a m +a n ) dla m,n = 1,2,3,..., skąd dostajemy relację 2 3 D2 + 1 3D S. Na mocy określenia liczby D oznacza to, że 2 3 D2 + 1 3 D D, co daje D D2 i D 1. Udowodniliśmy tym samym, że (1) a m+n a m +a n dla m,n = 1,2,3,... Nierówność (1) wskazuje w szczególności, że a m+1 a m +1 dla m = 1,2,3,..., skąd stosując indukcję dostajemy a m m dla każdego m. Na koniec rozpatrzmy dowolną liczbę całkowitą dodatnią n i niech k będzie taką liczbą całkowitą, że 2 k > n. Z zależności a 2 = 2 i a lm = a l a m dla wszystkich l,m = 1,2,3,... wynika, że a 2 k = 2 k. W rezultacie na mocy (1) otrzymujemy zależność 2 k = a 2 k = a n+(2 k n) a n +a 2 k n n+(2 k n) = 2 k. Zatem w powyższych nierównościach muszą w istocie mieć miejsce równości, a to dowodzi, że a n = n, co kończy rozwiązanie zadania. Zadania z poprzednich Olimpiad Matematycznych oraz bieżące informacje można znaleźć w Internecie pod adresem: www.om.edu.pl