Тема . ММО (Московская математическая олимпиада)
Алгебраические текстовые задачи на ММО
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела ммо (московская математическая олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#67679

Имеются абсолютно точные двухчашечные весы и набор из 50  гирь, веса которых равны arctg1,arctg 1,arctg 1,...,arctg-1.
          2     3       50  Докажите, что можно выбрать 10 из них и разложить по 5 гирь на разные чаши весов так, чтобы установилось равновесие.

Источники: ММО-2023, 11.4 (см. mmo.mccme.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Не совсем ясно, как удобнее подобраться к равновесию. Быть может, найти какие-то мини-группы среди гирек, которые уже удобно делить на равные по весу части? Группы на сколько гирек попробуем найти? Раз уж у нас арктангенсы то было бы неплохо как-то от них избавиться, иначе совсем неясно, как с ними работать... С помощью чего это сделаем?

Подсказка 2

Попробуем искать группы по 3, в которых одна гирька уравновешивает две остальные, а от арктангенса избавимся, взяв тангенс от обеих частей равенства, записанного на тройку из гирек arctg(1/n), arctg(1/m) , arctg(1/k) (первые две уравновешивают третью). Что получится после преобразований и как решать получившееся равенство на n, m и k?

Подсказка 3

С помощью преобразований придём к mn - k(n+m) = 1. Выходит, если мы найдем такие k, n, m в промежутке целых чисел от 1 до 50, то задача решена! Как будем это делать?

Подсказка 4

Попробуйте разложить на множители, а далее перебирать k и для него искать m и n (возможно, перебором)

Подсказка 5

Добавьте к обеим частям равенства k², а далее проделайте действия из подсказки 4

Показать доказательство

Сначала покажем, что в данном наборе есть тройки гирь, одна из которых уравновешивает две другие. Все веса не превосходят π∕4,  поэтому равенства

 (     1      1 )    (    1)       1      1       1
tg  arctg n + arctgm = tg arctgk  и arctgn + arctgm-= arctgk

равносильны. Воспользовавшись формулой

tg(x +y)= -tgx+-tg-y-
         1− tgx⋅tg y

получаем, что

n+-m--= 1⇐⇒  nm − k(n +m )= 1⇐⇒ k2− k(n +m )+nm = k2+ 1
nm− 1   k

Тогда (n− k)(m − k) =k2+ 1.  Выбирая теперь различные натуральные k  и раскладывая k2+1  на множители, находим подходящие тройки, в которых каждое число не превосходит 50.  Результат для k≤ 5  и n < m  представлен в следующей таблице:

k  1  2  3  4  5
(n,m )  (2,3)  (3,7)  (4,13)  (5,21)  (6,31)
(5,8)  (7,18)

Теперь покажем, как разложить гири по чашам:

1-я чаша 2-я чаша
1 = 2,3
5,21  = 4
6,31  = 7,18

(в таблице указано значение n  для гири весом arctg 1n).  Таким образом нам удалось выбрать 10 гирь и разложить по 5 гирь на разные чаши весов так, чтобы установились равновесие.

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!