Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης 2018 (8η τάξη)

Συντονιστές: cretanman, ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΙΩΑΝΝΟΥ, socrates

Άβαταρ μέλους
Al.Koutsouridis
Δημοσιεύσεις: 1797
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 30, 2014 11:58 pm
Τοποθεσία: Αθήνα

Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης 2018 (8η τάξη)

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Al.Koutsouridis » Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm

[b][i]Μαθηματική Ολυμπιάδα Αγίας Πετρούπολης 2018
Θέματα της δεύτερης φάσης (τελικής) για την 8η τάξη.[/i][/b]


[b]1.[/b] Σε κύκλο κάθονται 300 άτομα μερικοί από τους οποίους είναι ντόμπροι και οι υπόλοιποι ψεύτες. Ο Αντώνης ρώτησε τον καθένα τους: «Από τα γειτονικά σου άτομα πόσοι είναι ψεύτες;» και άθροισε τους αριθμούς που προέκυψαν. Ύστερα η Άννα έκανε το ίδιο. Απαντώντας στην ερώτηση, οι ντόμπροι λένε πάντα την αλήθεια και οι ψεύτες πάντα ψέματα, αλλά μόνο τους αριθμούς 0, 1 ή 2. Θα μπορούσε άραγε το άθροισμα των αριθμών του Αντώνη να είναι κατά 410 μεγαλύτερο, αυτού της Άννας;


[b]2.[/b] Στο εσωτερικό της γωνίας ABC, ίσης με 105^{0}, δίνεται σημείο X, τέτοιο ώστε \angle CBX=70^0 και BX=BC. Στο τμήμα BX διαλέγεται σημείο Y έτσι, ώστε BY=BA. Να αποδείξετε, ότι AX+AY \geq CY.


[b]3.[/b] Ο Βασίλης τοποθέτησε σε όλα τα κελιά ενός πίνακα 101 \times 101 τους αριθμούς από το 1 έως το 101^2 από μία φορά. Ο Πέτρος διαλέγει ένα κελί του πίνακα, τοποθετεί σε αυτό ένα πιόνι και θέλει να κάνει όσο το δυνατόν περισσότερες κινήσεις έτσι, ώστε ο αριθμός υπό το πιόνι συνεχώς να αυξάνεται. Με μια κίνηση ο Πέτρος μπορεί να μετακινήσει το πιόνι σε οποιοδήποτε κελί ενός τετραγώνου 5 \times 5 με κέντρο το κελί της τρέχουσας θέσης του πιονιού (το πιόνι θα πρέπει να παραμένει στα όρια του πίνακα με αυτές τις κινήσεις). Ποιος είναι ο μεγαλύτερος αριθμός κινήσεων που εγγυημένα μπορεί να κάνει ο Πέτρος, ανεξάρτητα από το πως θα τοποθετήσει τους αριθμούς ο Βασίλης.


[b]4.[/b] Στον πίνακα είναι γραμμένος θετικός ακέραιος αριθμός. Κάθε λεπτό στον αριθμό του πίνακα προστίθεται το άθροισμα των 100 πρώτων ψηφίων του. Να αποδείξετε, ότι μετά από κάποιο χρονικό διάστημα τρεις συνεχόμενες φορές θα εμφανιστεί αριθμός που δεν διαιρείτε με το 3.


[b]Καταληκτική αίθουσα[/b]


[b]5.[/b] Στο κυρτό τετράπλευρο ABCD το σημείο M είναι το μέσο της πλευράς AD, CM||AB, AD=BD και 3 \angle BAC = \angle ACD. Να βρείτε την γωνία ACB.


[b]6.[/b] Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4


[b]7.[/b] Μια χώρα έχει 600 πόλεις, μερικά ζεύγη πόλεων είναι συνδεδεμένα με δρόμο, εξάλλου από κάθε πόλη μπορούμε να μεταβούμε μέσο δρόμων σε οποιαδήποτε άλλη. Για οποιεσδήποτε δυο πόλεις A και B που συνδέονται με δρόμο θα βρεθούν άλλες δυο C και D τέτοιες, ώστε οποιεσδήποτε δυο εκ των τεσσάρων αυτών πόλεων να συνδέονται με δρόμο. Να αποδείξετε, ότι μπορούμε να κλείσουμε για έργα μερικούς δρόμους έτσι, ώστε το πλήθος των πόλεων από τις οποίες εξέρχονται ακριβώς δυο δρόμοι, να γίνει μικρότερο του 100, και σε αυτήν την περίπτωση μεταξύ δυο οποιονδήποτε πόλεων να μείνει μοναδική διαδρομή, που δεν διέρχεται δυο φορές από τον ίδιο δρόμο.
τελευταία επεξεργασία από Al.Koutsouridis σε Κυρ Ιαν 02, 2022 9:52 pm, έχει επεξεργασθεί 3 φορές συνολικά.



Λέξεις Κλειδιά:
Άβαταρ μέλους
S.E.Louridas
Δημοσιεύσεις: 5956
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 21, 2009 10:53 am
Τοποθεσία: Aegaleo.
Επικοινωνία:

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από S.E.Louridas » Παρ Απρ 27, 2018 7:52 am

Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm
Μαθηματική Ολυμπιάδα Αγίας Πετρούπολης 2018
Θέματα της δεύτερης φάσης (τελικής) για την 8η τάξη.

Καταληκτική αίθουσα
5. Στο κυρτό τετράπλευρο ABCD το σημείο M είναι το μέσο της πλευράς AD, CM||AB, AD=BD και 3 \angle BAC = \angle ACD. Να βρείτε την γωνία ACB.
Απλά τοποθετώ το σχήμα και το συμπέρασμα QA=QC=QB, για να ασχοληθούν οι νεώτεροι και αργότερα αν χρειαστεί " ανοίγουμε " πλήρως τη λύση :
gd.png
gd.png (7.43 KiB) Προβλήθηκε 2402 φορές


S.E.Louridas

1.Μιλώ, μόνο όταν έχω να πώ κάτι καλύτερο από την σιωπή (Πυθαγόρας).
2.Οι αξίες αντανακλώνται, Δεν επιβάλλονται.
3.Είναι Κορυφαία η κάθε στιγμή επίλυσης ενός Μαθηματικού προβλήματος.
qwerty
Δημοσιεύσεις: 190
Εγγραφή: Δευ Αύγ 17, 2009 11:05 pm

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από qwerty » Δευ Μάιος 21, 2018 7:37 pm

Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm

6. Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4
Ρε μάγκες, δώστε καμιά βοήθεια εδώ.


Άβαταρ μέλους
Al.Koutsouridis
Δημοσιεύσεις: 1797
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 30, 2014 11:58 pm
Τοποθεσία: Αθήνα

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Al.Koutsouridis » Δευ Μάιος 21, 2018 8:28 pm

qwerty έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 7:37 pm
Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm

6. Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4
Ρε μάγκες, δώστε καμιά βοήθεια εδώ.
Προσωπικά δεν έχω λύση. Κάποιοι όμως, κατά ευχάριστη έκπληξη αντιγράφουν το :logo: :) . Κάποιες ιδέες στο σύνδεσμο σε απόκρυψη


Για την ιστορία το πρόβλημα αυτό δυσκόλεψε αρκετά τους μαθητές αφού το έλυσε μόνο ένας, μάλιστα μαθητής της 7ης τάξης. Επίσης το 7ο πρόβλημα δεν κατάφερε να το λύσει κανείς.

Πάντως λόγο τάξης υποψιάζομαι θα υπάρχει κατι έξυπνο που θα χρειάζεται μόνο την ανισότητα αριθμητικού-γεωμετρικού μέσου. Περιμένουμε ... :D


qwerty
Δημοσιεύσεις: 190
Εγγραφή: Δευ Αύγ 17, 2009 11:05 pm

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από qwerty » Δευ Μάιος 21, 2018 9:39 pm

Τις λύσεις που έχει στο AOPS δεν μπορώ να τις καταλάβω πλήρως, τα πετάν όλα έτσι, πχ στην τελευταία λύση δεν μπορώ να καταλάβω πώς εφαρμόζει την ανισότητα των δυνάμεων, επίσης στην πρώτη λύση ποια είναι η tagent line method ?
Σε μια άλλη ενδιάμεση λύση κάποιος καταλήγει σε ανισότητα που θεωρεί οτι ισχύει χωρίς να την αποδεικνύει.

Έχουν ανεβάσει οι διοργανωτές του διαγωνισμού επίσημες λύσεις ;;;


Άβαταρ μέλους
Ορέστης Λιγνός
Δημοσιεύσεις: 1835
Εγγραφή: Κυρ Μάιος 08, 2016 7:19 pm
Τοποθεσία: Χαλάνδρι Αττικής
Επικοινωνία:

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ορέστης Λιγνός » Δευ Μάιος 21, 2018 10:06 pm

qwerty έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 7:37 pm
Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm

6. Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4
Ρε μάγκες, δώστε καμιά βοήθεια εδώ.
Θα αποδειχθεί η βέλτιστη ανισότητα \dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} \geqslant \dfrac{112}{27}.

Από C-S. a^2+b^2+c^2 \geqslant \dfrac{(a+b+c)^2}{3}=\dfrac{(d-1)^2}{3}. Επίσης, a+b+c=1-d.

Άρα, το πρώτο κλάσμα είναι \geqslant από \dfrac{\dfrac{(1-d)^2}{3}+d}{(1-d)^3}=\dfrac{d^2+d+1}{(1-d)^3}.

Επομένως, \displaystyle \sum \dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3} \geqslant \sum \dfrac{d^2+d+1}{3(1-d)^3}, και αρκεί

\displaystyle \sum \dfrac{d^2+d+1}{3(1-d)^3} \geqslant \dfrac{112}{27} \Rightarrow \sum \dfrac{9d^2+9d+9}{(1-d)^3} \geqslant 112 (*).

Θα βρούμε a,b ώστε \dfrac{9x^2+9x+9}{(1-x)^3} \geqslant ax-b (1), για κάθε x \in (0,1).

Η ισότητα στην αρχική ανισότητα ισχύει για a=b=c=d=\dfrac{1}{4}, άρα και στην (1), η ισότητα θέλουμε να ισχύει για x=\dfrac{1}{4} \Rightarrow \ldots \Rightarrow a-4b=112.

Τώρα, δοκιμάζοντας τιμές ( :lol: ) βρίσκουμε ότι για (a,b)=(144,8) η (1) γράφεται (4x-1)^2(9x^2-23x+17) \geqslant 0, που ισχύει.

Άρα, εφαρμόζοντας την \dfrac{9x^2+9x+9}{(1-x)^3} \geqslant 144x-8 για a,b,c,d διαδοχικά και προσθέτοντας κατά μέλη, \displaystyle  \sum \dfrac{9d^2+9d+9}{(1-d)^3} \geqslant 144(a+b+c+d)-32=112.

Η ισότητα, για a=b=c=d=1/4.
τελευταία επεξεργασία από Ορέστης Λιγνός σε Δευ Μάιος 21, 2018 10:10 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


Κερδίζουμε ό,τι τολμούμε!
Άβαταρ μέλους
Al.Koutsouridis
Δημοσιεύσεις: 1797
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 30, 2014 11:58 pm
Τοποθεσία: Αθήνα

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#7

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Al.Koutsouridis » Δευ Μάιος 21, 2018 10:08 pm

qwerty έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 9:39 pm
Τις λύσεις που έχει στο AOPS δεν μπορώ να τις καταλάβω πλήρως, τα πετάν όλα έτσι, πχ στην τελευταία λύση δεν μπορώ να καταλάβω πώς εφαρμόζει την ανισότητα των δυνάμεων, επίσης στην πρώτη λύση ποια είναι η tagent line method ?
Σε μια άλλη ενδιάμεση λύση κάποιος καταλήγει σε ανισότητα που θεωρεί οτι ισχύει χωρίς να την αποδεικνύει.

Έχουν ανεβάσει οι διοργανωτές του διαγωνισμού επίσημες λύσεις ;;;
Για την μέθοδο της εφαπτομένης υπάρχουν θυμάμαι δημοσιεύσεις και εδώ στο :logo: αλλά δε της βρίσκω. Με μια μικρή αναζήτηση βρήκα αυτά που θα βοηθήσουν στην κατανόησή της

https://arxiv.org/pdf/1412.5413.pdf
https://www.math.ust.hk/excalibur/v10_n5.pdf

Την λύση με την ανισότητα δυνάμεων δεν την έχω κοιτάξει είναι η αλήθεια. Επίσημες λύσεις της ολυμπιάδας της Πετρούπολης δημοσιεύονται την επόμενη χρονιά σε βιβλίο με τα θέματα και λύσεις των δυο φάσεων,θέματα και λύσεις της ολυμπιάδας του φυσικό-μαθηματικού λυκείου 239, θέματα και λύσεις της τρέχουσας ολυμπιάδας Tyumaada καθώς και ένα δυο άρθρα γενικεύσεις, θεωρία με αφορμή κάποιο θέμα. (σε αντιθέση με της Μόσχας π.χ που οι λύσεις δημοσιεύονται με το πέρας της ολυμπιάδας, για τις μικρές τάξεις και σε βίντεο από αμφιθέατρο).

Πιστεύω μια από τις επίσημες λύσεις θα είναι με την μέθοδο της εφαπτομένης, αλλά η πρώτη μόνο με ανισότητα Α-Γ μέσου.
τελευταία επεξεργασία από Al.Koutsouridis σε Τρί Μάιος 22, 2018 2:58 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


Άβαταρ μέλους
matha
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 6423
Εγγραφή: Παρ Μάιος 21, 2010 7:40 pm
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#8

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από matha » Δευ Μάιος 21, 2018 10:08 pm

[quote=Al.Koutsouridis post_id=298184 time=1524683986 user_id=11448]
[b]6.[/b] Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4
[/quote]

Είναι

\displaystyle{\sum \dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}=\sum \dfrac{a^2+b^2+c^2+d(a+b+c+d)}{(a+b+c)^3}=}

\displaystyle{=(a^2+b^2+c^2+d^2)\sum \frac{1}{(a+b+c)^3}+\sum \frac{d}{(a+b+c)^2}\geq \sum \frac{1}{4(1-d)^3}+\frac{d}{(1-d)^2}=}

\displaystyle{=\frac{1}{4}\sum \frac{1+4d-4d^2}{4(1-d)^3}},

αφού \displaystyle{a^2+b^2+c^2+d^2\geq \frac{(a+b+c+d)^2}{4}=\frac{1}{4}.}

Απομένει να αποδειχθεί ότι

\displaystyle{\sum  \frac{1+4d-4d^2}{(1-d)^3}>16.}

Αυτό είναι άμεση συνέπεια της ανισότητας Jensen στην κυρτή συνάρτηση \displaystyle{f(x)= \frac{1+4χ-4χ^2}{(1-x)^3}, x\in (0,1)}:

\displaystyle{\sum  \frac{1+4d-4d^2}{(1-d)^3}\geq 4f\left(\frac{1}{4}\right)=7\left(\frac{4}{3}\right)^3>16}
τελευταία επεξεργασία από matha σε Τρί Μάιος 22, 2018 2:22 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Λόγος: Διόρθωση πράξης.


Μάγκος Θάνος
Άβαταρ μέλους
Ορέστης Λιγνός
Δημοσιεύσεις: 1835
Εγγραφή: Κυρ Μάιος 08, 2016 7:19 pm
Τοποθεσία: Χαλάνδρι Αττικής
Επικοινωνία:

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#9

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ορέστης Λιγνός » Τρί Μάιος 22, 2018 12:45 pm

Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm
Μαθηματική Ολυμπιάδα Αγίας Πετρούπολης 2018
Θέματα της δεύτερης φάσης (τελικής) για την 8η τάξη.


2. Στο εσωτερικό της γωνίας ABC, ίσης με 105^{0}, δίνεται σημείο X, τέτοιο ώστε \angle CBX=70^0 και BX=BC. Στο τμήμα BX διαλέγεται σημείο Y έτσι, ώστε BY=BA. Να αποδείξετε, ότι AX+AY \geq CY.
Φέρνουμε τους κύκλους (Y,YA), (B,BA) που τέμνονται στο T.

Προφανώς, \vartriangle ABY=\vartriangle TBY \Rightarrow \widehat{ABY}=\widehat{YBT}=\widehat{TBC}=35^\circ.

Επομένως, και τα τρίγωνα \vartriangle BAX, \vartriangle BTC είναι ίσα (BX=BC, \, BA=BT, \widehat{ABX}=\widehat{TBC}=35^\circ), άρα AX=TC.

Άρα, AX+AY=TC+TY \geqslant YC, όπου στο τέλος χρησιμοποιήθηκε η τριγωνική ανισότητα στο \vartriangle TYC.

Η ισότητα ισχύει όταν το T είναι πάνω στην YC.
russia2.png
russia2.png (28.08 KiB) Προβλήθηκε 2167 φορές


Κερδίζουμε ό,τι τολμούμε!
qwerty
Δημοσιεύσεις: 190
Εγγραφή: Δευ Αύγ 17, 2009 11:05 pm

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#10

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από qwerty » Τρί Μάιος 22, 2018 12:56 pm

matha έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 10:08 pm



\displaystyle{ \sum \frac{1}{4(1-d)^3}+\frac{d}{(1-d)^2}=\frac{1}{4}\sum \frac{3d+1}{(1-d)^3}}

Αυτό πώς προκύπτει;
Κάνοντας πρόσθεση κλασμάτων βγάζω \displaystyle{ \sum \frac{1}{4(1-d)^3}+\frac{d}{(1-d)^2}=\frac{1}{4}\sum \frac{1+4d-4d^2}{(1-d)^3}}


Άβαταρ μέλους
matha
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 6423
Εγγραφή: Παρ Μάιος 21, 2010 7:40 pm
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#11

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από matha » Τρί Μάιος 22, 2018 2:19 pm

qwerty έγραψε:
Τρί Μάιος 22, 2018 12:56 pm
matha έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 10:08 pm



\displaystyle{ \sum \frac{1}{4(1-d)^3}+\frac{d}{(1-d)^2}=\frac{1}{4}\sum \frac{3d+1}{(1-d)^3}}

Αυτό πώς προκύπτει;
Κάνοντας πρόσθεση κλασμάτων βγάζω \displaystyle{ \sum \frac{1}{4(1-d)^3}+\frac{d}{(1-d)^2}=\frac{1}{4}\sum \frac{1+4d-4d^2}{(1-d)^3}}
Έχεις δίκιο. Έκανα λάθος στην πράξη. Κάνω τη διόρθωση. Ωστόσο, η απόδειξη κυλάει κανονικά.


Μάγκος Θάνος
Άβαταρ μέλους
Demetres
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 8989
Εγγραφή: Δευ Ιαν 19, 2009 5:16 pm
Τοποθεσία: Λεμεσός/Πύλα
Επικοινωνία:

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#12

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Demetres » Πέμ Μάιος 24, 2018 12:25 pm

Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm
Μαθηματική Ολυμπιάδα Αγίας Πετρούπολης 2018
Θέματα της δεύτερης φάσης (τελικής) για την 8η τάξη.


6. Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4

Μπορούμε να αποφύγουμε Jensen / Μέθοδο εφαπτομένης ως εξής:

Είναι

\displaystyle  \frac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3} \geqslant \frac{\frac{1}{3}(a+b+c)^2 + d}{(a+b+c)^3} = \frac{w^2 - 3w + 3}{3w}

όπου θέσαμε x=1-a,y=1-b,z=1-c,w=1-d. Είναι x,y,z,w θετικοί με x+y+z+w = 3.

Παρατηρούμε τώρα ότι αν x \geqslant y τότε:

x^3 \geqslant y^3 και άρα \frac{1}{x^3} \leqslant \frac{1}{y^3} και

(y^2 - 3y+3) - (x^2-3x+3) = (y-x)(y+x-3) \geqslant 0 και άρα x^2 - 3x + 3 \leqslant y^2-3y+3.

Οπότε από την ανισότητα Chebyshev έχουμε

\displaystyle  \sum \frac{x^2-3x+3}{3x^3} \geqslant \frac{1}{12} \sum (x^2 - 3x+3) \sum \frac{1}{x^3}

Αλλά \displaystyle  \sum x^2 \geqslant \frac{1}{4} \left(\sum x\right)^2 = \frac{9}{4} οπότε \displaystyle \sum (x^2 - 3x+3) \geqslant \frac{9}{4} - 9 + 12 = \frac{21}{4}

Επίσης (*):

\displaystyle  \sum \frac{1}{x^3} \sum x \geqslant \left( \sum \frac{1}{x}\right)^2

και

\displaystyle  \sum \frac{1}{x} \sum x \geqslant 16

Επειδή \sum x = 3, παίρνουμε ότι \displaystyle  \sum \frac{1}{x} \geqslant \frac{16}{3} και \displaystyle  \sum \frac{1}{x^3} \geqslant \frac{256}{27}

Βάζοντας τα όλα μαζί παίρνουμε ότι το αρχικό άθροισμα είναι μεγαλύτερο ή ίσο από \displaystyle  \frac{112}{27} > 4

(*) Εδώ θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε και Holder αντί των δύο Cauchy-Schwarz.


Άβαταρ μέλους
Al.Koutsouridis
Δημοσιεύσεις: 1797
Εγγραφή: Πέμ Ιαν 30, 2014 11:58 pm
Τοποθεσία: Αθήνα

Re: Μαθηματική Ολυμπιάδα Α.Πετρούπολης (ΦΙΙ τάξη 8)

#13

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Al.Koutsouridis » Τετ Ιουν 19, 2019 9:54 pm

Al.Koutsouridis έγραψε:
Τετ Απρ 25, 2018 10:19 pm
Μαθηματική Ολυμπιάδα Αγίας Πετρούπολης 2018
Θέματα της δεύτερης φάσης (τελικής) για την 8η τάξη.


6. Το άθροισμα των θετικών αριθμών a,b,c και d είναι ίσο με 1. Να δείξετε, ότι

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3}+ \dfrac{b^2+c^2+d^2+a}{(b+c+d)^3}+\dfrac{c^2+d^2+a^2+b}{(c+d+a)^3}+\dfrac{d^2+a^2+b^2+c}{(d+a+b)^3} > 4
Al.Koutsouridis έγραψε:
Δευ Μάιος 21, 2018 8:28 pm

Για την ιστορία το πρόβλημα αυτό δυσκόλεψε αρκετά τους μαθητές αφού το έλυσε μόνο ένας, μάλιστα μαθητής της 7ης τάξης. Επίσης το 7ο πρόβλημα δεν κατάφερε να το λύσει κανείς.

Πάντως λόγο τάξης υποψιάζομαι θα υπάρχει κατι έξυπνο που θα χρειάζεται μόνο την ανισότητα αριθμητικού-γεωμετρικού μέσου. Περιμένουμε ... :D

Πράγματι, η επίσημη λύση σε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιεί μόνο την ανισότητα αριθμητικού-γεωμετρικού μέσου, την οποία και μεταφέρω παρακάτω:

"Παρατηρούμε, ότι (1-a)(1-b)(1-c) = (1-a-b-c) +ab+bc+ac-abc < d+a^2+b^2+c^2. Οπότε

\dfrac{a^2+b^2+c^2+d}{(a+b+c)^3} > \dfrac{(1-a)(1-b)(1-c)}{(1-d)^3} \quad ,

ομοίως δουλεύουμε και για τα υπόλοιπα κλάσματα. Εφαρμόζοντας στα τέσσερα νέα κλάσματα την ανισότητα αριθμητικού γεωμετρικού μέσου, λαμβάνουμε το ζητούμενο."


Επίσης, δίνονται άλλες δυο λύσεις η μία με την μέθοδο Sturm και η άλλη με κυρτότητα, παρόμοια με τις λύσεις δόθηκαν παραπάνω.


Απάντηση

Επιστροφή σε “Θέματα διαγωνισμών (ΕΜΕ, ΚΥΜΕ, BMO, JBMO, IMO, Kangaroo κλπ)”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 4 επισκέπτες