Lời giải bài toán M991—M995; F1003—F1007
Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →
29
PROBLEMS" and the numbers of all the solved problems; in your letter enclose an uns-tamped selfaddressed envelope — we shall use it to send you the correction results. At the end of the academic year we sum up the results of the Kvant problem contest. If you have an original problem to propose for publication, please send it to us under separate cover, in two copies (in Russian or in English), including the solution. On the envelope write NEW PROBLEM IN PHYSICS (or MATHEMATICS). Please print your name and address in BLOCK LETTERS.
P1023. A lamp hangs at the distance from the ceiling and from the floor. When it explodes, fragments fly in all directions with the same speed . Find the radius of the circle on the floor within which they fall. You may assume that the collisions with the ceiling are absolutely elastic and those with the floor absolutely inelastic; no fragments reach the walls.
P1024. Estimate the variation of pressure in a sauna after water from a jar is splashed on very hot rocks placed inside the sauna. It is assumed that you are familiar with the phenomenon and can find the appropriate parameters, choose reasonable numerical values for them, so as to obtain a numerical answer.
G. V. Meledin
P1025. In the circuit shown on figure Pisc. 2, the coils with the same inductivity are superconducting, the diode is ideal, the initial charge of the capacitor is . Plot the dependence of the charge of the capacitor, and the currents and flowing through the coils, after the switch in turned on.
E. I. Butikov
P1026. A flat horizontal surface, on which a slab is placed, vibrates according to the harmonic law with frequency Herz in a direction constituting an angle of with the vertical (see figure Pisc. 3). The friction coefficient of the slab against the surface is . For what minimal amplitude of vibration will the slab start to “creep” along the surface?
E. I. Butikov
P1027. A light source is placed at the distance of m from a screen. An aperture of diameter cm is made in the screen opposite the source. How will the flow of light through the aperture change, if a smooth transparent cylinder made of material of refraction index is placed between the screen and the source as shown on figure Pisc. 4 (the length of the cylinder is m, its diameter is cm; the source is on the cylinder’s axis).
A. I. Butikov
Lời giải bài toán
M991—M995; F1003—F1007
Gọi là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác . Chứng minh , tức là nằm trên đường trung trực của đoạn . Giả sử đi qua điểm - trung điểm chung của đường trung tuyến và đường trung bình của tam giác (xem hình), do đó, là đường trung tuyến vuông góc với , nên chỉ cần chứng minh hoặc điều đó là đủ .
Các điểm và nằm trên đường tròn có đường kính và tâm () nên ; Ngoài ra, . Do đó, chúng ta lấy vuông góc với đoạn (và chia nó làm đôi), có nghĩa là —góc giữa các đường thẳng và —bằng , trong đó là góc giữa các đường thẳng và hoặc và (). Có hai trường hợp có thể xảy ra: , nếu , như trong hình của chúng tôi, hoặc , nếu . Vì các góc và nằm trong đường tròn và nằm trên cùng một dây , chúng bằng hoặc bằng hai trong tổng , do đó, hoặc được chọn từ các đẳng thức mà . Với sự lựa chọn này
30
Hóa ra luôn là . Tương tự như vậy, . Nhưng theo điều kiện.
Lưu ý rằng đối với , một phần của định lý nổi tiếng về “điểm 9 đường tròn” rút ra từ phát biểu đã được chứng minh (xem “Kính vạn hoa «Kvant» trong số 11 năm 1985): đáy của các đường cao và trung điểm của cạnh của tam giác nằm trên cùng một đường tròn.
**M992. Trong số 90 sinh viên tốt nghiệp một phép tính tổng, mỗi người có ít nhất 10 phép tính tổng khác. Chứng minh rằng một sinh viên tốt nghiệp có thể đến thăm ba người khác sao cho trong bốn người đó có ít nhất hai người khác.
M993*. a) Tìm 11 số tự nhiên liên tiếp có tổng bình phương của số tự nhiên đó.
b)* Chứng minh rằng với không có n số tự nhiên liên tiếp có tổng các bình phương là chính phương.
Giả sử là một sinh viên tốt nghiệp tùy ý. Nó đủ để chứng minh rằng có một sinh viên tốt nghiệp là bạn của hai người bạn cùng một lúc (khi đó có thể mời và hai người bạn này).
Nếu một sinh viên tốt nghiệp như vậy ở trong số bạn bè , thì mọi thứ đều ổn. Ngược lại, mỗi người trong số người bạn là bạn của ít nhất 8 người tốt nghiệp (không tính ), bản thân họ không phải là bạn của . Nếu tất cả những sinh viên tốt nghiệp này đều khác nhau, thì hóa ra sẽ có không ít hơn sinh viên tốt nghiệp khác với và bạn bè của anh ấy; nhưng số lượng sinh viên tốt nghiệp như vậy không vượt quá . Điều này có nghĩa là hai người bạn có một người bạn chung , đó là điều ta cần chứng minh.
a) Đáp số: 18, 19, …, 28 .
6) Chúng ta phải chỉ ra rằng phương trình hoặc
(1)
không có lời giải trong các số nguyên và , , , với . (Bằng chứng nổi tiếng về được sử dụng ở đây, bằng chứng mà chúng tôi dành cho người đọc; tuy nhiên, chỉ cần kiểm tra nó bằng cách tính cho là đủ.)
Nếu đẳng thức (1) được thỏa mãn thì phần dư của phép chia cho bằng phần dư của phép chia cho . Nhưng đối với , khi số dư tương ứng là 2, 2 và 6 ( và 15·19), điều này là không thể đối với bất kỳ nào (xem bảng ở lề).
Với và , số chia hết cho , do đó số và do đó , chia hết cho ( là số nguyên tố). Bằng cách che chắn , , chúng ta có thể viết lại phương trình của mình thành hoặc
Không có phương trình này cho các giá trị được phép của , và không có lời giải, vì
Đối với , 8, 10, phương trình (1) có thể được viết lại một cách thuận tiện dưới dạng
31
Do đó, tại chúng ta thu được rằng phải chia hết cho . Bảng ở lề cho thấy điều này chỉ có thể thực hiện được khi và đồng thời chia hết cho 7. Nhưng trong trường hợp này, tất cả các số hạng của phương trình (2) ngoại trừ một phải chia hết cho , điều này không thể chia hết được. Theo cách tương tự, người ta đã chứng minh rằng ngay cả với phương trình của chúng ta cũng không có lời giải. Cuối cùng, tại ở phía bên trái của (2) có một số mà khi chia cho 9 sẽ có số dư là 6 và, như có thể thấy từ bảng của chúng ta, không thể biểu diễn dưới dạng .
♦
Đáp số: . Đối với và bất đẳng thức này chuyển thành đẳng thức nên giá trị ban đầu không thể lớn hơn 2/3. Nhưng đối với , có thể sử dụng các phép biến đổi đồng nhất để giảm bất đẳng thức về dạng
do đó, nó hợp lệ với mọi và giá trị ban đầu của chính xác là 2/3.
♦
M994*. Với giá trị nào của thì bất đẳng thức đúng với tất cả các giá trị của và ?
M995. Hàm cho mọi được xác định, liên tục và thỏa mãn điều kiện . ()
a) Tìm hai hàm số (không giống nhau bằng 0). b) Chứng minh rằng không có hàm số nào khác như vậy.
a) Đáp số: và . Có thể tìm thấy các hàm này bằng cách giả sử rằng , thay hàm này vào điều kiện
và giải phương trình bậc hai (gốc của phương trình này là ).
6) Như có thể thấy từ lời giải bài toán a), chỉ cần chứng minh rằng mọi hàm thỏa mãn điều kiện bài toán đều có dạng là đủ. Để làm điều này, trước tiên chúng ta hãy thiết lập một số tính chất của hàm .
- . (Đặt , rồi , do đó , tức là .)
- Tại các điểm khác nhau, hàm nhận các giá trị khác nhau. (Nếu thì , tức là và .) Đặc biệt, có một gốc duy nhất .
Từ các tính chất này và tính liên tục của hàm suy ra: - trên mỗi biên nhận và , hàm giữ nguyên dấu và khi đi qua 0, dấu của nó sẽ thay đổi (nếu không, các giá trị gần bằng 0 sẽ được lấy ít nhất hai lần - ở bên phải và bên trái của điểm ) và
- hàm có hàm nghịch đảo (tất nhiên được xác định trên phạm vi ; bên dưới chúng ta thấy rằng nhận tất cả các giá trị thực).
Hãy đặt , , , …