Matematiikan olympiavalmennus 2015 toukokuun tehtävät

Samankaltaiset tiedostot
Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2008

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

Matematiikan olympiavalmennus

33. pohjoismainen matematiikkakilpailu 2019 Ratkaisut

Geometriaa kuvauksin. Siirto eli translaatio

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

Matematiikan olympiavalmennus 2015 syyskuun tehtävät

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 2

Matematiikan olympiavalmennus

Matematiikan olympiavalmennus 2015 helmikuun helpommat

! 7! = N! x 8. x x 4 x + 1 = 6.

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Hilbertin aksioomat ja tarvittavat määritelmät Tiivistelmä Geometria-luentomonisteesta Heikki Pitkänen

Harjoitustehtävät, joulukuu 2013, (ehkä vähän) vaativammat

Matematiikan olympiavalmennus

Matematiikan mestariluokka, syksy

a b c d

Harjoitustehtävät, syyskuu Helpommat

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Baltian Tie 2005 ratkaisuja

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

2017 = = = = = = 26 1

Pythagoraan polku

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


LUKUTEORIA A. Harjoitustehtäviä, kevät (c) Osoita, että jos. niin. a c ja b c ja a b, niin. niin. (e) Osoita, että

1 Lukujen jaollisuudesta

2 Pistejoukko koordinaatistossa

29. Pohjoismainen matematiikkakilpailu

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

Baltian Tie 2004 ratkaisuja

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

(2n 1) = n 2

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Tekijä Pitkä matematiikka

Kun luku kirjoitetaan tavalliseen tapaan, niin luvussa on numeroita a) pariton määrä b) 47 c) 48 d) 141

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.

57. kansainväliset matematiikkaolympialaiset Hongkongissa

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

IMO 2004 tehtävät ja ratkaisut

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

= = = 1 3.

52. Kansainväliset matematiikkaolympialaiset

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

Tehtävien ratkaisut

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

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

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

Testaa taitosi 1: Lauseen totuusarvo

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

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

Baltian Tie Ratkaisuja

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Yhtäpitävyys. Aikaisemmin osoitettiin, että n on parillinen (oletus) n 2 on parillinen (väite).

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2012

Valmennustehtävien ratkaisuja, lokakuu 2013 Helpompi sarja. 1. Etsi kaikki reaalikertoimiset polynomit f, joille.

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Kenguru 2019 Student Ratkaisut

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

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

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

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

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

IMO 2016 tehtävät ja ratkaisuja

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

Kenguru Student (lukion 2. ja 3. vuosi) sivu 1 / 6

Algebra I, harjoitus 5,

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2015 tehtävien ratkaisuja

a k+1 = 2a k + 1 = 2(2 k 1) + 1 = 2 k+1 1. xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx

a ord 13 (a)

= f q. , q. q +1 = p + q. Luvuilla p+q ja q ei ole yhteisiä

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.

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 1

Kuusi haastavaa tehtävää: Euroopan tyttöjen matematiikkaolympialaiset Luxemburgissa

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

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

3 Vektorin kertominen reaaliluvulla

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

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

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

Ratkaisuja, Tehtävät

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

a b c d

Kenguru 2019 Student lukio

Baltian Tie Ratkaisuja

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

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)

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Vastaoletuksen muodostaminen

Kenguru 2013 Student sivu 1 / 7 (lukion 2. ja 3. vuosi)

Transkriptio:

Matematiikan olympiavalmennus 05 toukokuun tehtävät Ratkaisuja Kuperan viisikulmion jokainen lävistäjä on jonkin viisikulmion sivun suuntainen Osoita, että jokaisessa tällaisessa parissa lävistäjän ja sivun pituuksien suhde on sama Määritä tämä suhde Ratkaisu Olkoon ABCDE tehtävän ehdon mukainen viisikulmio Olkoon P lävistäjien BD ja CE leiikkauspiste ja olkoon Q se puolisuoran AB piste, jolle CQ BD Merkitään vielä AB = d, AE = c, CP = e ja PD = f Koska ABP E ja BQCP ovat suunnikkaita, niin PE = d ja QB = e Lasketaan CE AB =+e d Kolmiot CDP ja BEA ovat yhdenmuotoiset sivut pareittain yhdensuuntaisia), joten f = ce Kolmiot AQC ja EPD ovat myös yhdenmuotoisia, joten d c e + d = f d = ec d Siis e + ed = d Suhde e d = x toteuttaa siis yhtälön x + x =0,joten Vain +-merkki tulee kyseeseen Siis CE AB x = ± 5 + 5 =+x = Koska suhde ei riipu pisteiden A, B, C, E asemasta, se on sama kaikille sivuille ja niiden suuntaisille lävistäjille Säännöllinen viisikulmio on yksi tehtävän ehdon toteuttavia viisikulmioita, ja edellä laskettu suhde on tunnetusti säännöllisen viisikulmion lävistäjän ja sivun pituuksien suhde Jos tehtävän väite pitää paikkansa, niin kysytty suhde on varmasti se, minkä edellinen päättely tuotti Olkoot n ja r positiivisia kokonaislukuja ja olkoon A jokin sellainen tason hilapisteiden siis kokonaislukukoordinaattisten pisteiden) joukko, että jokainen r-säteinen avoin ) ympyrä sisältää ainakin yhden A:n pisteen Osoita, että jos A:n pisteet väritetään n:llä eri värillä, niin jotkin neljä samanväristä pistettä ovat suorakulmion kärjet Siis ympyrä, johon kuuluu sisäosa, muttei kehää

Ratkaisu Tarkastellaan neliötä Q, jonka sivut ovat koordinaattiakselien suuntaiset, jonka sivu on 4nr ja jonka sivuilla ei ole hilapisteitä Neliöön Q voidaan sijoittaa nr) =4n r toisiaan peittämätöntä avointa ympyrää, joten neliössä on ainakin 4n r hilapistettä Nämä hilapisteet sijaitsevat 4nr :llä y-akselin suuntaisella janalla Ainakin yhdellä tällaisella janalla on oltava enemmän kuin n hilapistettä, ja siis ainakin kaksi samanväristä pistettä Nyt on mahdollista tarkastella kaikkia vierekkäisiä neliöitä Q Niitä on äärettömän monta Toisaalta tapoja sijoittaa samanväriset pisteet äärellisen monta pistettä sijaitsevaan joukkoon on äärellisen monta ja värejä onäärellisen monta Joissain kahdessa neliössä on oltava samanväriset pisteet samoilla x-akselin suuntaisilla ja samoilla y-akselin suuntaisilla janoilla; nämä pisteet ovat suorakulmion kärjet 3 Olkoon uk) positiivisen kokonaisluvun k suurin pariton tekijä Todista, että n n k= uk) k 3 Ratkaisu Olkoon vk) = k uk) Lukujen,,, n joukossa on luku k, jolla vk) = n Luvut, joille vk) = i,0 i n, ovat p ) i, p =,,, n i Tehtävän summasta tulee mäin geometrisen jonon summa n n k= uk) k = n n k= vk) = n 4 n + i=0 n i n+i = 4 n + n i=0 4 i = 4 n + 4 ) 3 4 n > 3 4 Olkoon n positiivinen kokonaisluku Sanomme, että positiivinen kokonaisluku k toteuttaa ehdon C n, jos on olemassa k eri positiivista kokonaislukua a,b,a,b,, a k,b k, niin, että summat a + b,a + b,, a k + b k ovat kaikki eri lukuja ja pienempiä kuinn a) Osoita, että josk toteuttaa ehdon C n, niin k n 3 5 b) Osoita, että luku 5 toteuttaa ehdon C 4 c) Osoita, että jos n 3 on kokonaisluku, se toteuttaa ehdon C n 5 Ratkaisu Oletetaan, että k toteuttaa ehdon C n Lukuja a,b,, b k on k kappaletta, ja luvut ovat kaikki eri lukuja Niiden summa on silloin ainakin ++ +k = kk +) Koska summia a + a,, a k + b k on k kappaletta ja ne ovat kaikki eri lukuja sekä <n, Summien summa on enintään n ) + n ) + +n k) =kn kk + ) Siis kk +) kn kk +) Tämä onhelpposieventää muotoon5k +3 n a) on todistettu Summat 9 = + 7, 0 = 6 + 4, = 0 +, = 9 + 3, 3 = 8 + 5 osoittavat, että a =, b =7,a =6,b =4,a 3 = 0, b 3 =,a 4 =9,b 4 =3jaa 5 =8,b 5 =5ovatväitteen 5 toteuttaa ehdon C 4 oikeaksi todistavia lukuja

Olkoon sitten k = n 3 kokonaisluku Silloin 5k =n 3, joten k on pariton; lisäksi 5 n = 5 k + 3 Tarkastellaan lukuja,,,k Nyt voidaan muodostaa parisummat +k <3+k-) k + k k ) = 5 k + + = n < n Näitä onk kappaletta Muodostetaan vielä parisummat + k k + ) < 4+ k k +3 ) < ) 3 k +k ) <k ) + k =k ) + k +)=k Näitä onk kappaletta Kaikissa parisummissa on eri yhteenlaskettavat ja kaikki summat ovat eri suuria Siis k toteuttaa ehdon C n 5 Olkoon ABC kolmio, joka ei ole tasakylkinen Pisteistä A, B, C piirrettyjen keskijanojen jatkeet leikkaavat kolmion ympärysympyrän pisteissä L, M, N Osoita, että jos LM = LN, niin BC = AB + AC Ratkaisu Olkoon G kolmion ABC painopiste Koska kehäkulmina LNC = LAC ja NLA = NCA, niin kolmiot AGC ja NGL ovat yhdenmuotoiset Siis LN CA = LG Vastaavasti yhdenmuotoisista kolmioista CG AGB ja MGL saadaan LM BA = LG Jos LM = LN, BG niin BA CA = BG CG Koska BG ja CG ovat kumpikin 3 vastaavista kolmion keskijanoista, on BA sama kuin CA B:stä jac:stä piirrettyjen keskijanojen pituuksien m b ja m c suhde Mutta tunnetusti suunnikaslauseen tai Stewartin lauseen perusteella) 4m b = BA + BC AC ja 4m c =CA +CB AB Siis BA CA = BA +BC CA CA +CB BA Tämä yhtälö sievenee muotoon CA BA )CA + BA BC )=0 KoskaABC ei ole tasakylkinen, niin tulon ensimmäinen tekijä ei ole 0 Siis jälkimmäinen on, ja väite on todistettu 6 Olkoon x> reaaliluku, muttei kokonaisluku Asetetaan a n = x n+ x x n,kun n =,, Osoita, että jonoa n ) ei ole jaksollinen Ratkaisu Tehdään vastaoletus: jono a n ) on jaksollinen eli on olemassa p siten, että a n+p = a n kaikilla n Koska x>, niin x n ja siis myös x n,kunn Tästä seuraa, että ainakin jollakin n on x n+p x n > 0 Kun yhtälöstä a n+p = a n 3

4 ratkaistaan x, saadaan x n+p+ x n+ x = x n+p x n Luku x on siis kahden kokonaisluvun osamäärä, joten x on rationaaliluku Lasketaan nyt teleskooppinen summa s m = x p a mp + x p a mp+ + + xa mp+p + a mp+p = x p x mp+ x p x mp +x p x mp+ x p x mp+ + + x mp+p x x mp+p = x mp+p x p x mp Jos a n+p = a n kaikilla n, niin s m+ = s m kaikilla m Merkitään vielä y = x p ja b m = y m+ y m Silloin b m on kokonaisluku ja s m = y m+ y y m, ja siitä, että s m+ = s m seuraa, että b m+ = yb m = = y m b Nyty on rationaaliluku, muttei kokonaisluku Tarpeeksi suurilla m:n arvoilla y m b ei voi olla kokonaisluku Tultiin ristiriitaan, joten oletus jonon a n ) jaksollisuudesta ei voi pitää paikkaansa 7 Osoita, että josn 7, niin kuutio voidaan jakaa täsmälleen n:ksi pienemmäksi kuutioksi Ratkaisu Olkoon E sellaisten kokonaislukujen n joukko, joilla kuutio voidaan jakaa n:ksi kuutioksi Todetaan, että josn E, niin n +7 E Myös n E n +9 E ja n E n +37 E Yksi kuutioista voidaan nimittäin jakaa 7:ksi samankokoiseksi kuutioksi, jolloin kuutioiden lukumäärä kasvaa 6:lla ja näistä kahdeksasta voidaan koota yksi kuutio, jolloin kuutioiden lukumäärävähenee seitsemällä; tai yksi kuutio voidaan jakaa 64:ksi smanakokoiseksi kuutioksi ja näistä 7yhdistää yhdeksi kuutioksi Yksi n:stä kuutiosta voidaan jakaa kahdeksaksi kuutioksi Väitteen todistamiseksi riittää, että osoitetaan {7, 7, 73, 74, 75, 76} E Mutta todellakin: koska 64 E, niin 7 = 64 + 7 E, ja koska E, niin 7 = +3 9+ 7 E, 73=+37+5 7 E, 74=+ 9+5 7 E, 75 = + 39 E, 76=+9+8 7 E sekä 77=+4 9 E 8 Määritä kaikki alkuluvut p ja q, joille a 3pq a mod 3pq kaikilla kokonaisluvuilla a Ratkaisu Voidaan olettaa, että p q Jos olisi p =, olisi a = ) 6q ) jaollinen luvulla 6q ja 6q jaollinen 3:lla Mutta 6q = 4 q mod 3, joten 6q ei ole jaollinen kolmella Siis < p, ja sekä p että q ovat parittomia Tehtävän ehto on voimassa myös, jos a on primitiivijuuri modulo p ks esim http://matematiikkakilpailutfi/kirjallisuus/primitiivijuuretpdf) Koska tällöin a x modp vain, kun x on p :n monikerta, on oltava p ) 3pq ) p on silloin myös luvun 3pq 3qp ) = 3q tekijä Samoin nähdään, että q on luvun 3p tekijä Jos olisi p = q, niin p olisi luvun 3p 3p ) = tekijä, eli olisi p = q = 3 Mutta esimerkiksi 6 = 5 ) 5 5) 5 = 05 ) 0 ) =40 3mod7ja 7 mod 7, joten tehtävän ehto ei toteudu On siis oltava p<qkoska p ja q ovat parittomia, niin p + q Siis 3p +6 < 3q + ja 3p < 3q 6 < 3q 3 Näin ollen kokonaisluku 3p on tai Jos se olisi, olisi q =3p, eliq olisi yhdistetty luku q

Siis 3p =q eliq =3p + Koska toisaalta p on luvun 3q = 9p+ tekijä, se on myös luvun 9p+ 9p ) = 0 tekijä Siis p =3taip = Jos p = 3, niin q =0eli q = 5 Mutta esimerkiksi 3pq = 45 = 5 ) 9 3) 9 3 69 4 3 4 =3 3 4 =3 96 3 6 = 5 = 495 + 7 = 45 + 7 7 mod 45 Siis p 3 Jos p =, niin q =34eliq = 7 Osoitetaan nyt, että a 3 7 a mod 3 7) kaikilla a Käytetään Fermat n pientä lausetta Jos a ei ole jaollinen 3:lla, niin a mod3,joten a k+ a mod 3 kaikilla a toki myös, jos a on jaollinen 3:lla Jos a ei ole jaollinen :llä, niin a 0 mod Kaikilla a on siis a 3 7 =a ) 5 a 5 = aa 0) 5 a mod Samoin a 7 ) 33 a 33 = aa 6 ) a mod 7 Luku 3 3 7 3 on siis aina jaollinen sekä kolmella, :llä että 7:llä, joten p =jaq =7ovattehtävässä kysytty pari; muita ei ole 9 Olkoot x, y, z reaalilukuja Osoita, että seuraavat ehdot i) ja ii) ovat yhtäpitäviä i) x, y, z > 0 ja x + y + z ii) Jokaiselle nelikulmiolle, jonka sivujen pituudet ovat a, b, c, d pätee a x + b y + c z> d Ratkaisu Se, että ehdosta i) seuraa ehto ii) nähdään Cauchyn Schwarzin epäyhtälöä tyypillisellä tavalla hyödyntämällä Jos a, b, c, d ovat nelikulmion sivut, niin d<a+ b + c, joten d < a + b + c) = a x + b y + c z ) x y z a x + b y + c z) x + y + ) a x + b y + c z z Osoitetaan sitten, että ehdosta ii) seuraa i) Osoitetaan ensin, että jos ii) on voimassa, niin x, y ja z ovat positiivisia Jos esimerkiksi olisi x 0, niin nelikulmio, jossa olisi a = d = n ja b = c = toteuttaisi ehdon y + z> x)n Kunx, y, z ovat annettuja lukuja, tämäeiselvästi ole mahdollista riittävän suurilla n:n arvoilla Siis x>0 Samoin nähdään, että y>0jaz>0 Kaikilla tarpeeksi suurilla n:n arvoilla x, y, z ja x + y + z n voivat olla nelikulmion sivujen pituudet Siis x + y + z = x x + y y + z z> x + y + z ) n Kun tässä n, saadaan x + y + z x + y + ) z 5 eli x + y + z

6 0 Määritä f), kunf : R + R funktio, jolle pätee a) f on aidosti kasvava; b) fx) > kaikilla x>0; x c) fx)f fx)+ ) =kaikilla x>0 x Ratkaisu Olkoon gx) =fx)+ Ehdon b) perusteella gx) > 0 Ehdon c) nojalla x fgx)) = fx) eli Ehdon a) mukaan Korvataan nyt ehdossa c) xgx):llä Saadaan fgx))f fgx)) + ) = gx) fx) =f fx) toteuttaa siis toisen asteen yhtälön Ratkaisemalla tämä nähdään, että fx) + fx)+ x x = fx) + fx)+ x xfx) fx) x =0 fx) = ± 5 x Koska x + 5 5 ei ole kasvava positiivisten lukujen joukossa, vain fx) = on x x mahdollinen Voidaan helposti tarkistaa, että se todella toteuttaa tehtävän kolme ehtoa Siis f) = 5 Olkoon A sellaisten positiivisten kokonaislukujen joukko, jotka voidaan esittää muodossa a +b, missä a ja b ovat kokonaislukuja ja b 0 Osoita, että josp on alkuluku ja p A, niin p A Ratkaisu Lukua = 4 ei voi esittää muodossa a +b, b 0 Voidaan olettaa, että p on pariton alkuluku Jos p A eli p = a +b, b 0, niin a on pariton luku Jos olisi p a, olisi myös p b, jap voitaisiin supistaa yhtälöstä p = a +b, ja tultaisiin ristiriitaan Siis syta, p) = Lukup =p+a)+p a) on jaollinen lukujen parillisten lukujen p a ja p + a suurimmalla yhteisellä tekijällä d Tämä ei voi olla p, koska silloin a olisi jaollinen p:llä Siis sytp a, p + a) =, joten positiivisista luvuista p a, p + a toinen ei ole jaollinen neljällä Voidaan olettaa, että tämä lukuonp a Koska b = p a =p a)p + a) jasyta, p) =, on p a =m ja p + a =4n, missä m ja n ovat parittomia Mutta nyt p =m +4n ja p = m +n Siis p A

Kolmion ABC sivut ovat a, b, c, I on sen sisäympyrän keskipiste, G painopiste ja r sisäympyrän säde a) Osoita, että kolmion CIG ala on a b r 6 b) Osoita, että josa = c +ja b = c, niin IG AB Määritä tässä tapauksessa janan IG pituus Ratkaisu Merkitään kuvion F alaa F :llä Olkoon M sivun AB keskipiste ja E ja F pisteet, joissa kolmion kulmien puolittajat leikkaavat sivut AC ja AB Nyt CIG = CMI ja 3 CMI CMF = CI CF Koska BI on kolmion BCF kulman B puolittaja ja CF on kolmion ABC kulman C puolittaja, on CI CF = a a + BF = a a + a a + b = a + b c a + b + c Kun nämä yhdistetään, saadaan Mutta CMF = MF c ABC ja CIG = 3 a + b a + b + c CMF MF = BF BM = a a + b c c Tunnetusti ABC = a + b + c)r Siis todellakin CIG = 3 CI CF MF c Jos a = c jab = c +, niin ABC = 3 CI CF = a + b a + b + c a + b a + b + c = 3 = CG CM = a b a + b) c a b a + b) a + b + c r = a b r 6 Kolmiot CGI ja CMF ovat yhdenmuotoiset, joten GI MF eli GI AB Kun edellä laskettuun MF:n lausekkeeseen sijoitetaan b)-kohdan arvot, saadaan MF =,joten CI = 3 MF = 3 7

8 3 Olkoon ABC teräväkulmainen kolmio ja O sen ympärysympyrän keskipiste Suorat CA ja CB leikkaavat kolmion AOB ympärysympyrän myös pisteissä P ja Q Osoita, että PQ CO Ratkaisu Olkoon Γ kolmion AOB ympärysympyräja Γ kolmion ABC ympärysympyrä Puolisuorat CB ja CA leikkaavat Γ:n myös pisteissä P ja Q OlkoonCD Γ :n tangentti Siis OC CD Kehäkulmalause ympyrään Γ sovitettuna antaa ACD = ABC = ABP Kehäkulmalause sovellettuna ympyrään Γ antaa edelleen ABP = AQP Siis AQP = ACD Tämä merkitsee sitä, että PQ ja CD ovat yhdensuuntaiset Koska OC CD, niin myös OC PQ 4 Olkoon n annettu positiivinen kokonaisluku ja a,a,, a n positiivisia lukuja, joiden summa on Osoita, että aina kun positiivisten lukujen x,x,, x n summa on, pätee x i x j n n + n a i x i a i i<j Milloin epäyhtälössä vallitsee yhtäsuuruus? Ratkaisu Selvästi n ) n x i x j = x i x i = n x i i<j Kun tämä sijoitetaan todistettavaan epäyhtälöön,sesieveneemuotoon n n x i a i ) Tavallisen Cauchyn Schwarzin epäyhtälöllätehtävän tempun avulla nähdään, että n ) n ) x i n n x = x i = i ai a i ) ai a i Mutta luvuista a i tehdyn oletuksen mukaan n n a i )=n a i = n, ja ) seuraa Cauchyn Schwarzin epäyhtälössä n ) n a i b i i vallitsee tunnetusti yhtäsuuruus aina ja vain, kun a i = kb i jollain k ja kaikilla i Epäyhtälössä ) vallitsee siis yhtäsuuruus aina ja vain, kun x i = k a i ) jollain k ja kaikilla i a i n b i

5 Määritä kaksiluvun4380000000 alkutekijää ilman koneapua) Ratkaisu Huomataan, että 43 = 3 5 ja 8 = 3 4 Tästä seuraa, että 4380000000 = 300 5 +300 4 + Yritetään jakaa polynomia px) =x 5 +x 4 + tekijöihin Nyt x )px) = x 6 x 5 +x 5 x 4 +x =x 6 x 4 +x =x 6 ) x 4 x) =x 3 )x 3 +) xx 3 ) = x )x +x+)x 3 x+) Siis px) =x +x+)x 3 x+) Etsitään nyt pienemmän luvun 300 + 300 + = 9030 < 30 tekijöitä Kokeilu vaatisi pahimmassa tapauksessa noin 6:n 30:tä pienemmän alkuluvun läpikäymistä Käytetään siksi hiukan lukuteorian koneistoa Jos alkuluku p ei ole luvun 300 tekijä ja300 + 300 + 0modp, niin myös 300 + 300p +)+ 0modp ja 300 + p + ) ) p + = p +p 3 mod p 4 Edelleen luku 4 p +p 3) on siis neliönjäännös modulo p eli on olemassa y niin, että y = 4 p +p 3) Mutta silloin y) p +p 3 3modp, joten 3 on neliönjäännös a ) modulo p Käytetään Legendren symbolia, joka on +, kun a on neliönjäännös modulo b b,, kun a ei ole neliönjäännös modulo b, ja0,kuna on jaollinen b:lläjaneliönjäännösten vastavuoroisuuslausetta, jonka mukaan parittomille alkuluvuille p ja q pätee ) ) p q = ) p )q ) 4 q p Ks http://matematiikkakilpailutfi/kirjallisuus/laajalukuteoriamonistepdf) Legendren symbolille pätee ) ) ) a b ab = p p p Siis ) ) ) 3 3 = = p p p ) Tunnetusti = ) p Tästä ja vastavuoroisuuslauseesta saadaan nyt p ) ) p 3 p ) = = ) 3) p p )3 ) ) 4 = ) p = p p 3 Koska ainoa neliönjäännös modulo 3 on, niin p mod 3 Havaitaan vielä, että 300 + ) = 300 + 300 + + 300 300 mod p Siis myös 300 on neliönjäännös modulo p, ja ) 300 3 5 ) ) ) ) ) 3 5 3 = = = = p p p p p p Mutta vastavuoroisuuslauseen mukaan ) p )3 ) 4 =, 9

0 joten p on parillinen ja siis p mod 4 Nyt siis p =+3a =+4bjoillain a ja b Silloin b on jaollinen kolmella, ja siis p mod Testataan siis alkulukuja, jotka ovat mod Jos p = 3, niin 300 modp ja 300 + 300 + 3modp Jos p = 37, niin 300 4modp, 300 + 300 + mod p Jos p = 6, niin 300 5 modp ja 300 + 300 + mod p Mutta jos p = 73, niin 300 8modpja 300 + 300 + 64+8+ =73 0modp 73 on siis yksi kysytyistä alkutekijöistä 9030 = 37, ja jokainen luvun 37 alkutekijä on luvun 300 + 300 + tekijä, siis luku, 73 joka on mod Koska 37 = 369, ainoa mahdollinen alkutekijä olisi 3, mutta aikaisempi lasku jo osoittaa, että 3 ei tule kyseeseen Siis 37 on alkuluku, ja se kelpaa toiseksi tehtävän luvun alkutekijäksi [Jos kuitenkin turvautuu koneapuun, saa selville, että luvun 4380000000 kanoninen alkutekijähajotelma on 73 89 37 3569]