KöMaL - Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Belépés
Regisztráció
 English
Információ
A lap
Pontverseny
Cikkek
Hírek
Fórum
Versenykiírás
Tudnivalók
Nevezési lap
Feladatok
Eredmények
Korábbi évek
Arcképcsarnok
Munkafüzet

Rendelje meg a KöMaL-t!

Kifordítható

tetraéder

VersenyVizsga portál

Kísérletek.hu

Matematika oktatási portál

A 2003 szeptemberi A-jelű matematika feladatok megoldása

A közöltek csak megoldásvázlatok, esetleg csak végeredmények. A maximális pontszám eléréséhez általában ennél részletesebb megoldás szükséges. A részletes megoldásokat a beküldött dolgozatok alapján a KöMaL-ban folyamatosan közöljük.


A. 323. Az ABC háromszög izogonális pontja I (az a pont a háromszög belsejében, amelyre AIB\(\displaystyle \angle\)=BIC\(\displaystyle \angle\)=CIA\(\displaystyle \angle\)=120o). Bizonyítsuk be, hogy az ABI, BCI és CAI háromszögek Euler-egyenesei egy ponton mennek át.

1. megoldás (Rácz Béla András, Budapest). Megmutatjuk, hogy mindhárom Euler-egyenes átmegy az ABC háromszög súlypontján. A szimmetria miatt elég ezt a BCI háromszög Euler-egyenesére igazolni.

1. ábra

Rajzoljunk a BC oldalra kifelé egy szabályos háromszöget, ennek harmadik csúcsa legyen A', középpontja O1. Az IBA'C négyszög húrnégyszög, mert BA'C\(\displaystyle \angle\)+CIB\(\displaystyle \angle\)=60o+120o=180o. Mivel A'B=A'C, az A'I szakasz szögfelező a CIB szögben. Ebből következik, hogy A, I és A' egy egyenesen van (1. ábra).

Legyen a BC szakasz felezőponta F, az ABC háromszög súlypontja S, a BCI háromszög súlypontja S1. Mivel S, S1 és O1 nem más, mint az AF, IF, illetve A'F szakaszok F-hez közelebbi harmadolópontja, az S, S1 és O1 pontok is egy egyenesen vannak. Más szóval, a BCI szakasz Euler egyenese, O1S1 átmegy az S ponton.

2. megoldás. Legyen a BCI, CAI, ABI háromszögek körülírt körének középpontja rendre O1, O2, O3, magasságpontjaik M1, M2, illetve M3. Az O1O2, O2O3, O3O1 egyenesek éppen a CI, AI, illetve BI szakaszok felező merőlegesei, és a besatírozott négyszögek szögeinek összeszámolásából kapjuk, hogy az O1O2O3 háromszög mindegyik szöge 60o, az O1O2O3 háromszög szabályos (2. ábra).

2. ábra

Megmutatjuk, hogy az ABI, BCI és CAI háromszögek Euler-egyenesei mind átmennek az O1O2O3 háromszög középpontján. A szimmetria miatt elég ezt az egyik háromszögre igazolni; vizsgáljuk tehát a BCI háromszöget. Mivel BO1=IO1=CO1, az O1O2 és O1O3 egyenesek szögfelezők a BO1I és IO1C szögekben, ezért BO1C\(\displaystyle \angle\)=2O3O1O2\(\displaystyle \angle\)=2.60o=120o.

3. ábra

Jelöljük a BI és CM1 egyenesek metszéspontját U-val, CI és BM1 metszéspontját V-vel. Az M1VIU négyszög szögeinek összeszámolásából CM1B\(\displaystyle \angle\)=60o. az M1BO1C négyszög húrnégyszög, mert CM1B\(\displaystyle \angle\)+BO1C\(\displaystyle \angle\)=60o+120o=180o. Mivel pedig BO1=O1C, az is igaz, hogy CM1O1\(\displaystyle \angle\)=O1M1B\(\displaystyle \angle\)=30o.

Végül, az M1O1O2 és O1M1B szögek, valamint az O3O1M1 és CM1O1 szögek váltószögek, ezért M1O1O2\(\displaystyle \angle\)=O3O1M1\(\displaystyle \angle\)=30o. A BCI háromszög Euler-egyenese, O1M1 tehát nem más, mint az O3O1O2 szög felezője, ami átmegy az O1O2O3 háromszög középpontján.


A. 324. Igazoljuk, hogy tetszőleges a, b, c pozitív valós számok esetén

\(\displaystyle \frac{1}{a(1+b)}+\frac{1}{b(1+c)}+\frac{1}{c(1+a)}\ge\frac{3}{1+abc}. \)

1. megoldás. Beszorozva és átrendezve az egyenlőtlenség a következő alakra hozható:

ab(b+1)(ca-1)2+bc(c+1)(ab-1)2+ca(a+1)(bc-1)2\(\displaystyle \ge\)0.

2. megoldás (Birkner Tamás, Budapest). Szorozzuk meg az egyenlőtlenséget (1+abc)-vel, adjunk hozzá mindkét oldalhoz 3-at, és rendezzük át a következőképpen:

\(\displaystyle \left({1+abc\over a(1+b)}+1\right)+ \left({1+abc\over b(1+c)}+1\right)+ \left({1+abc\over c(1+a)}+1\right) \ge6\)

\(\displaystyle \left({1+a\over a(1+b)}+{b(1+c)\over1+b}\right)+ \left({1+b\over b(1+c)}+{c(1+a)\over1+c}\right)+ \left({1+c\over c(1+a)}+{a(1+b)\over1+a}\right)\ge6\)

\(\displaystyle \left({1+a\over a(1+b)}+{a(1+b)\over1+a}\right)+ \left({1+b\over b(1+c)}+{b(1+c)\over1+b}\right)+ \left({1+c\over c(1+a)}+{c(1+a)\over1+c}\right)\ge6.\)

Az utolsó sorban mindegyik zárójelben \(\displaystyle x+{1\over x}\) alakú kifejezés áll, tehát mindegyik legalább 2.

3. megoldás (Dobrovolska Galyna, Kiev). Beszorozva (1+abc)-vel és átrendezve,

\(\displaystyle {1\over a(1+b)}+{abc\over a(1+b)}+ {1\over b(1+c)}+{abc\over b(1+c)}+ {1\over c(1+a)}+{abc\over c(1+a)}\ge3\)

\(\displaystyle {1\over a(1+b)}+{ab\over1+a}+ {1\over b(1+c)}+{bc\over1+b}+ {1\over c(1+a)}+{ca\over1+c}\ge3\)

\(\displaystyle {1\over a}\cdot{1\over1+b}+b\cdot{1\over{1+{1\over a}}}+ {1\over b}\cdot{1\over1+c}+c\cdot{1\over{1+{1\over b}}}+ {1\over c}\cdot{1\over1+a}+a\cdot{1\over{1+{1\over c}}}\ge6. \eqno(1)\)

Mivel az \(\displaystyle {1\over a}\) és b számok ellentétesen rendezettek, mint az \(\displaystyle {1\over1+{1\over a}}\) és \(\displaystyle {1\over1+b}\) számok,

\(\displaystyle {1\over a}\cdot{1\over1+b}+b\cdot{1\over{1+{1\over a}}} \ge{1\over a}\cdot{1\over{1+{1\over a}}}+b\cdot{1\over1+b} ={1\over1+a}+{b\over1+b}. \eqno(2)\)

Hasonlóan kapjuk, hogy

\(\displaystyle {1\over b}\cdot{1\over1+c}+c\cdot{1\over{1+{1\over b}}} \ge{1\over1+b}+{c\over1+c},\eqno(3)\)

illetve

\(\displaystyle {1\over c}\cdot{1\over1+a}+a\cdot{1\over{1+{1\over c}}} \ge{1\over1+c}+{a\over1+a}.\eqno(4)\)

A (2), (3) és (4) egyenlőtlenségeket összeadva (1)-et kapjuk.


A. 325. Egy n-elemű A halmaznak kiválasztottuk néhány 4-elemű részhalmazát úgy, hogy bármelyik két kiválasztott négyesnek legfeljebb két közös eleme van. Bizonyítsuk be, hogy A-nak létezik olyan legalább \(\displaystyle \root3\of{6n}\) elemű részhalmaza, amelynek egyik négyes sem része.

Megoldás. Legyen N a kiválasztott 4-elemű részhalmazok halmaza. Feltételezzük, hogy N\(\displaystyle \ne\)\emptyset és n\ge4 (Ha pl. n\le2 és egyetlen négyes sincs, akkor a feladat állítása nyilván nem igaz, mert \root3\of{6n}>n.)

Nevezzünk A egy részhalmazát ,,jónak'', ha N egyik elemét sem tartalmazza. Triviálisan jók például a legfeljebb 3-elemű halmazok, beleértve az üres halmazt is. Egy jó halmazt nevezzünk ,,maximálisnak'', ha nincs nála bővebb jó halmaz, vagyis akárhogyan veszünk is a halmazhoz egy újabb elemet, azzal együtt már nem jó halmaz. Legalább egy maximális jó halmaz biztosan létezik, mert egy tetszőleges jó részhalmazból kiindulva egyesével hozzáadhatunk új elemeket mindaddig, amíg ez lehetséges.

Bebizonyítjuk, hogy mindegyik maximális jó halmaznak több eleme van, mint \root3\of{6n}, vagyis a feladat követelményeinek bármelyik maximális jó részhalmaz eleget tesz.

Legyen M egy tetszőleges maximális jó halmaz, |M|=k. Nyilván k\ge3, mert minden 3-elemű halmaz jó. Ha x\in A\setminus M egy tetszőleges M-en kívüli elem, akkor M\cup{x} már nem jó halmaz, mert M maximális. Ez csak úgy lehet, ha az x elem az M halmaz valamelyik három elemével együtt egy N-beli négyest alkot. Minden egyes x\in A\setminus M esetén jelöljük az egyik ilyen elemhármast h(x)-szel.

Ha x,y\in A\setminus M két különböző elem, akkor a H1=h(x)\cup{x} és H2=h(y)\cup{y} halmazok is N-beliek. A H1 és H2 négyesek különbözők, mert például x\inH1, de x\not\in H_2. Mivel pedig különbözők, legfeljebb két közös elemük lehet. Ebből következik, hogy h(x)\neh(y).

Tekintsük most az összes h(x) halmazt. Ez összesen n-k különböző, 3-elemű részhalmaza M-nek. Mivel M-nek összesen {k\choose3} 3-elemű részhalmaza van, ebből következik, hogy n-k\le{k\choose3}. Ebből a becslésből kapjuk az állítást:

n-k\le{k\choose3}

6n\lek3-3k2+8k=k3-k(3k-8)<k3

k>\root3\of{6n}.

Írd meg véleményedet a megoldásokról!

Támogatóink:   Ericsson   Cognex   Emberi Erőforrás Támogatáskezelő   Emberi Erőforrások Minisztériuma   Nemzeti Tehetség Program    
MTA Energiatudományi Kutatóközpont   MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont     Nemzeti
Kulturális Alap   ELTE   Morgan Stanley