Matematiikan olympiavalmennus 2015 helmikuun helpommat

Samankaltaiset tiedostot
Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

33. pohjoismainen matematiikkakilpailu 2019 Ratkaisut

Harjoitustehtävät, syyskuu Helpommat

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2008

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2018 Insinöörivalinnan matematiikan koe, , Ratkaisut (Sarja A)

Lukion matematiikkakilpailun avoimen sarjan ensimmäinen kierros 2014

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Tehtävien ratkaisut

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2012

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Trigonometriaa: kolmioita ja kaavoja

1. a. Ratkaise yhtälö 8 x 5 4 x + 2 x+2 = 0 b. Määrää joku toisen asteen epäyhtälö, jonka ratkaisu on 2 x 1.

Matematiikan olympiavalmennus 2015 syyskuun tehtävät

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Matematiikan olympiavalmennus

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

RATKAISUT a + b 2c = a + b 2 ab = ( a ) 2 2 ab + ( b ) 2 = ( a b ) 2 > 0, koska a b oletuksen perusteella. Väite on todistettu.

C. Montako prosenttia pinta-ala kasvaa, jos mittakaava suurenee 5%? a) 5 % b) 7 % c) 9 % d) 10 % e) 15 %

a b c d

Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

a) Arkistokatu ja Maaherrankatu ovat yhdensuuntaiset. Väite siis pitää paikkansa.

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

Tekijä Pitkä matematiikka

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Matematiikan peruskurssi 2

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 180 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

Tekijä Pitkä matematiikka On osoitettava, että jana DE sivun AB kanssa yhdensuuntainen ja sen pituus on 4 5

Pituus on positiivinen, joten kateetin pituus on 12.

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Pythagoraan polku


MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Matematiikan olympiavalmennus

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

= 3 = 1. Induktioaskel. Induktio-oletus: Tehtävän summakaava pätee jollakin luonnollisella luvulla n 1. Induktioväite: n+1

C. Montako prosenttia pinta-ala kasvaa, jos mittakaava suurenee 5%? a) 5 % b) 7 % c) 9 % d) 10 % e) 15 %

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

3 Yleinen toisen asteen yhtälö ja epäyhtälö

Tehtäviä neliöiden ei-negatiivisuudesta

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

Tekijä Pitkä matematiikka a) p = 2πr r = 4,5 = 2π 4,5 = 28, piiri on 28 cm. A = πr 2 r = 4,5

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. 8 ( 1)

= 9 = 3 2 = 2( ) = = 2

52. Kansainväliset matematiikkaolympialaiset

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

3 Yhtälöryhmä ja pistetulo

Geometrian perusteet. Luvun 3 harjoitustehtävien ratkaisuhahmotelmia

Havainnollistuksia: Merkitään w = ( 4, 3) ja v = ( 3, 2). Tällöin. w w = ( 4) 2 + ( 3) 2 = 25 = 5. v = ( 3) = 13. v = v.

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti!

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Harjoitustehtävät, syys lokakuu Helpommat

+ + + y:llä. Vuoden 2017 lopussa oppilasmäärät ovat siis a =1,05x ja b =1,10y, mistä saadaan vuoden 2017 alun oppilasmäärien suhteeksi.

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

1 Sisätulo- ja normiavaruudet

Hilbertin aksioomat ja tarvittavat määritelmät Tiivistelmä Geometria-luentomonisteesta Heikki Pitkänen

2 Kuvioita ja kappaleita

a b c d

{ 2v + 2h + m = 8 v + 3h + m = 7,5 2v + 3m = 7, mistä laskemmalla yhtälöt puolittain yhteen saadaan 5v + 5h + 5m = 22,5 v +

Tekijä Pitkä matematiikka Poistetaan yhtälöparista muuttuja s ja ratkaistaan muuttuja r.

Matematiikan olympiavalmennus

Matematiikan olympiavalmennus 2015 toukokuun tehtävät

Baltian Tie 2005 ratkaisuja

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

1.1. RATIONAALILUVUN NELIÖ

a) Mitkä reaaliluvut x toteuttavat yhtälön x 2 = 7? (1 p.) b) Mitkä reaaliluvut x toteuttavat yhtälön 5 4 x

2 MONIKULMIOIDEN GEOMETRIAA

c) 22a 21b x + a 2 3a x 1 = a,

Pyramidi 9 Trigonometriset funktiot ja lukujonot HK1-1. Dsin3 x. 3cos3x. Dsinx. u( x) sinx ja u ( x) cosx. Dsin. Dsin

Vastaukset 1. A = (-4,3) B = (6,1) C = (4,8) D = (-7,-1) E = (-1,0) F = (3,-3) G = (7,-9) 3. tämä on ihan helppoa

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

a b c d

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

x+3 = n(y 3) y +n = 3(x n). Kun ylemmästä yhtälöstä ratkaistaan x = n(y 3) 3 ja sijoitetaan alempaan, saadaan

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

Induktiota käyttäen voidaan todistaa luonnollisia lukuja koskevia väitteitä, jotka ovat muotoa. väite P(n) on totta kaikille n = 0,1,2,...

joissa on 0 4 oikeata vastausta. Laskimet eivät ole sallittuja.

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

5 TASOGEOMETRIA. ALOITA PERUSTEISTA 190A. Muunnetaan 23,5 m eri yksiköihin. 23,5 m = 235 dm = 2350 cm = mm ja 23,5 m = 0,0235 km

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Tehtävien ratkaisut. 77 cm Ratkaisu. Toisen kierron jälkeen syntyvä neliö on

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Harjoitustehtävät, joulukuu 2013, (ehkä vähän) vaativammat

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Transkriptio:

Matematiikan olympiavalmennus 05 helmikuun helpommat tehtävät Ratkaisuja. Määritä kolmiot, joiden kulmille α, β, γ pätee cos α cos β +sinαsin β sin γ =. Ratkaisu. Koska 0 < sin γ, täytyy olla cos(α β) =cosα cos β +sinαsin β cos α cos β +sinαsin β cos γ =. Yhtälö toteutuu vain, jos cos(α β) =jasinγ = elikunγ =90 ja α = β. Tehtävän ehdon täyttävät kolmiot ovat siis tasakylkisiä suorakulmaisia kolmioita.. Kolmion kulmat ovat α, β, γ. Määritä lausekkeen sin α +sinβsin γ cos α suurin mahdollinen arvo. Ratkaisu. Jos α = 90, niin lausekkeen arvo on ; jos α > 90, niin cos α < 0 ja lausekkeen arvo on varmasti <. Olkoon sitten ( α < 90. Silloin β + γ ) = 80 α ja sin α +sinβsin γ cos α = sin α +cosα (cos(β γ) cos(β + γ)) = sin α+ cos α (cos(β γ)+cosα). Lauseke saa suurimman mahdollisen arvonsa sin α+ cos α( + cos α) =+ (cos α cos α), kun β = γ. Tunnetusti funkktio f(t) =t t = ( t ) + 4 saa suurimmaksi arvokseen 4,kunt =.Tehtävän lauseke saa siis suurimmaksi arvokseen + 4 = 9 8,kuncosα = eli kun α =60. Koska tällöin β = γ, on oltava β = γ =60. Kolmio, jolla suurin arvo saadaan, on tasasivuinen kolmio. 3. ABC on suorakulmainen kolmio. Piste F on kateetilla AC ja E hypotenuusalla AB; suora FE ja puolisuora CB leikkaavat pisteessä D. Määritä pisteen E etäisyys x suorasta AC kulmien α = BAC ja β = DFC ja hypotenuusien AB = c ja FD = d funktiona. Ratkaisu. Selvästi joten AE = EB = c sin α x sin α x sin α, EF = x sin β,, ED = d sin β x. sin β Janojen EB ja ED projektiot AC:n suuntaisilla suorilla ovat samat, eli EB cos α = EDcos β. Näin ollen x voidaan ratkaista yhtälöstä c sin α x sin α cos β = d sin β x sin β cos α.

Saadaan x = d cos α c cos β sin β cos α sin α cos β = d cos β c cos α sin α cos β sin β cos α sin α sin β = d cos β c cos α cot β cot α. 4. On annettu suunnikas. Määritä pienin mahdollinen vinoneliö, jonka jokainen kärki on yhdellä suunnikkaan sivuista. Ratkaisu. Olkoon suunnikas ABCD ja vinoneliö XY ZT niin, että X on janalla AB. Olkoon G suunnikkaan lävistäjien leikkauspiste; G on silloin myös suunnikkaan vastakkaisten sivujen keskipisteitä yhdistävien janojen leikkauspiste. Vinoneliön keskipisteen on oltava molemmilla äsken mainituilla janoilla, joten keskipiste on G. OlkoonM ja NCD:n ja AD:n keskipisteet GM = b, GN = a, GT = x ja GZ = y. Olkoon vielä TGN = φ ja GNZ = α. Kulmaφ määrittää XY ZT:n. Koska vinoneliön lävistäjät ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan ja puolittavat toisensa, XYZT:n ala on xy. Ala minimoituu, kun φ valitaan niin, että xy minimoituu. Määritetään x ja y sinilauseen avulla kolmioista GNT ja GMZ. Havaitaan, että NTG = 80 (φ + α). Siis x sin α = a sin(φ + α). () Koska NGM = α, ZGM = α + φ 90 ja GMZ = 80 α, niin MZG =90 φ. Siis y sin α = b sin(90 φ) = b cos φ. () Yhtälöistä () ja () seuraa, että xy on pienin mahdollinen, kun sin(φ + α)cosφ on suurin mahdollinen. Mutta sin(φ+α)cosφ = sin(φ+α) sin α. Lauseke on suurin mahdollinen, kun φ + α =90 eli kun φ =45 α. Koska NGD = α, minimivinoneliö onse vinoneliö, jonka lävistäjiern välisen kulman puolittaja yhtyy suunnikkaan lävistäjään. 5. Osoita, että kolmiossa kärkeä C vastassa olevan sivuympyrän säde on r c = 4R cos α cos β sin γ, missä R on kolmion ympärysympyrän säde ja α, β, γ kolmion kulmat. Ratkaisu. [Käytetään hyväksi tekstin Trigonometriaa: kolmioita ja kaavoja (http://solmu.math.helsinki.fi/olympia/kirjallisuus/trig.pdf) antamaa mallia.] Sievennetään ensin (vertaa mainitun jutun numero 9) ottamalla huomioon kolmion kulmien summa, kahden sinin summan kaava ja kaksinkertaisen kulman sinin kaava: sin α+sin β sin γ =sinα+sin β sin(α+β) =sin α + β cos α β sin α + β cos α + β

=sin α + β ( cos α β cos α + β ) =sin α + β ( sin α sin β ) =4cos γ sin α sin β. Kolmion kaksinkertainen ala on T = ab sin γ =r c (p c) =r c (a + b c) (mainitun jutun kohta 9). Sinilauseen mukaan tämä onsamakuin4r sin α sin β sin γ = r c R(sin α + sin β sin γ). Kaksinkertaisen kulman sinin kaava ja edellä tehty sievennys antavat (vertaa trigonometriajutun numeroon 0) r c R = α sinαsin β sin γ 6 sin sin α +sinβ sin γ = cos α sin β cos β sin γ cos γ 4cos α cos β sin γ =4cos α cos β sin γ, niin kuin pitääkin. 6. Todista, että josx, y, z ovat positiivisia lukuja, niin x y + y z + z x y x + z y + x z. Ratkaisu. Koska 0 väite seuraa. ( x y y ) ( y + z z z ) ( z + x x x ) ) ( x =( y y + y z + z x x z + y x + z ), y 7. Luvut x i, i =,,..., n, toteuttavat ehdon 0 x i <. Todista, että n ( + x x x n ) ( + x )( + x ) ( + x n ). Ratkaisu. Todistetaan väite induktiolla. Asia on selvä, kun n =. Kunn =,väite on ( + x x ) ( + x )( + x )=+x + x + x x eli ( x )( x ) 0; väite on tosi. Oletetaan sitten, että väite on tosi, kun n = k, k ja että luvut x,..., x k+ ovat väliltä ]0, [. Induktio-oletuksen perusteella ( + x )( + x ) ( + x k )( + x k+ ) k ( + x x x k )( + x k+ ). () Mutta luvut x x x k ja x k+ ovat välin ]0, [ lukuja, joten siitä, että tehtävän väite on tosi, kun n =, seuraa, että (+x x x k )( + x k+ ) ( + x x x k x k+ ). Kun tämä sijoitetaan epäyhtälöääön (), saadaan väite arvolla n = k +. Induktioaskel on otettu ja väite todistettu.

8. Olkoon x>0 ja n positiivinen kokonaisluku. Osoita, että x n+ x (n +)x n. Ratkaisu. [Tehtävän oletuksisssa olisi tietysti pitänyt olla x.] Epäyhtälön vasen puoli on + x + x + + x n ja epäyhtälö siis sama kuin + x + + x n + x n+ + + x n nx n. Jaetaan epäyhtälö puolittain x n :llä ja ryhmitellään yhteenlaskettavat uudelleen. Alkuperäinen epäyhtälö onyhtäpitävä epäyhtälön ( x n + x n) + ( x n + x n) + + ( x + x ) n kanssa. Mutta a + kaikilla positiivisilla luvuilla a. Kun tätä sovelletaan ():n a vasemman puolen n:ään yhteenlaskettavaan, nähdään, että ()pitää paikkansa. 9. Olkoot a, b, c, d positiivisia lukuja. Osoita, että a + b + c a + b + c + b + c + d b + c + d + c + d + a c + d + a + d + a + b d + a + b a + b + c + d. Ratkaisu. Osoitetaan, että josx, y, z ovat positiivisia lukuja, niin x + y + z x + y + z x + y + z. () 3 Tämä on suora seuraus Cauchyn Schwarzin epäyhtälöstä taiepäyhtälöstä (x y) +(y z) +(z x) 0. Kun epäyhtälöä () sovelletaan väite-epäyhtälön vasemman puolen jokaiseen neljään yhteenlaskettavaan, nähdään, että vasen puoli on suurempi tai yhtä suuri kuin ((a + b + c)+(b + c + d)+(c + d + a)+(d + a + b)) = a + b + c + d. 3 0. Todista, että kaikilla reaaliluvuilla x, y, z pätee x 4 ( + y 4 )+y 4 ( + z 4 )+z 4 ( + x 4 ) 6x y z. Ratkaisu. Esimerkiksi aritmeettisen ja geometrisen keskiarvon välisestä epäyhtälöstä seuraa, että +y 4 y,+z 4 z ja +x 4 x.väite tulee todistetuksi, jos osoitetaan, että x 4 y + y 4 z + z 4 x 3x y z. Koska x y z = 3 x 4 y y 4 z z 4 x,jälkimmäinen väite seuraa kolmen luvun aritmeettisen ja geometrisen keskiarvon välisestä epäyhtälöstä.

. Etsi kaikki funktiot f: Z + Z +, joille kaikilla n Z + pätee f(f(n)) = n +. Ratkaisu. Tällaisia funktioita joutuu etsimään turhaan, sillä niitä eiole. Josf olisi tällainen funktio, niin ensinnäkin olisi f() >. Jos nimittäin olisi f() =, olisi = +=f(f()) = f() =. On siis f() = k>. Toisaalta kaikilla n on f(n +)= f(f(f(n))) = f(n)+. Tästä seuraa, että f() = k +,f(3) = k + jne.; siis f(n) k kaikilla n. Mutta k =(k ) + = f(f(k )), joten on oltava f(k ) = <k. Tultiin ristiriitaan. Tehtävän ehdon toteuttavia funktioita f ei ole olemassa.. Etsi kaikki funktiot f: R R, joille kaikilla x, y R pätee f(xf(y)) = xy. Ratkaisu. Olkoon f() = a. Silloin = =f(f()) = f( a) =f(a) ja=f(a) = f(a ) = f(a f(a)) = a. Siis joko a =taia =. Jos a =, niin f(x) =f(xf()) = x kaikilla a, josa =, niin f(x) =f(( x)( )) = f( xf()) = x kaikilla x. Nähdään helposti, että funktiot f(x) =x ja f(x) = x toteuttavat tehtävän ehdon. 3. Määritellään jono a, a, a 3,...positiivisia reaalilukuja asettamalla a =ja a n+ =a n + 3a n jokaisella n Z +. Osoita, että luvut a, a,...ovat kaikki kokonaislukuja. Ratkaisu. Nähdään heti, että a =3jaa 3 =. Jos luvut a,a,..., a n+ ovat kokonaislukuja, niin 3a n on kokonaisluku. Jonon seuraava luku a n+ on kokonaisluku, jos 3a n+ on neliöluku. Näin todella on, sillä ( ) 3a n+ =3 4a n +4a n 3a n +3a n =a n +a n 3a n 8 =4(3a n ) + 3a n 3a n +9a n = ( 3a n +3a n).. ratkaisu. Vähentämällä puolittain a n ja neliöimällä puolittain saadaan (a n+ a n ) =3a n, eli a n+ + a n 4a na n+ =, mikä pätee kaikilla n Z +.Tästä seuraamyös valittömästi, että a n+ + a n+ 4a n+a n+ =, jälleen kaikilla n Z +. Ku kaksi viimeisestä yhtälöä vöhennetään toisistaan, saadaan a n+ a n +4a na n+ 4a n+ a n+ =0, mikä sievenee muotoon (a n+ a n )(a n+ + a n 4a n+ )=0. Tämä yhtälö pätee kaikilla n Z +. Lisäksi varmasti a n+ >a n kaikilla n Z +,elion oltava a n+ a n. Siispä a n+ =4a n+ a n kaikilla n Z +.Koskaa =jaa = + 3 = + = 3 ovat kokonaislukuja, seuraa väite induktiolla viimeisimmästä rekursioyhtälöstä.

4. Etsi kaikki funktiot f: R R, joille pätee f(x)+f( x) =x 3 kaikilla x R. Ratkaisu. Jokaisella reaaliluvulla x on f(x) +f( x) =x 3. Siis erityisesti f( x) + f(x) =( x) 3 = x 3. Kun lasketaan edelliset yhtälöt puolittain yhteen, saadaan 3(f(x)+ f( x)) = 0. Siis f( x) = f(x) kaikilla x R. Täten x 3 =f(x) f(x) =f(x) kaikilla x R.