ММО-08, 10-р анги

Монголын Математикийн 8-р олимпиад, 1972 он.   

Бодлогын тоо: 6    Хугацаа: 540 мин


1. Нэгж эзлэхүүнтэй шулуун дугуй цилиндрт бөмбөрцөг багтжээ. Энэ бөмбөрцгийг багтаасан конусуудын дотроос хамгийн бага эзлэхүүнтэйг нь ол.

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. Цилиндрт бөмбөрцөг багтсан учир $h=2r$ байна. Эндээс $$V=\pi r^2 h=2r^3\pi=1\Rightarrow r^3=\dfrac{1}{2\pi}$$ болно. Иймд конусын тэнхлэг огтлол нь $r$ радиустай тойрог багтаасан адил хажуут гурвалжин байна.

Конусын суурийн радиус $R$, өндөр нь $H$ гэе. Конусын суурийн өнцгийг $\alpha$ гэвэл $$\tg\frac{\alpha}{2}=\dfrac{r}{R},\quad \tg\alpha=\dfrac{H}{R}$$ тул $$R=r\cdot\ctg\dfrac{\alpha}{2},\quad H=R\cdot\tg\alpha=r\cdot\ctg\dfrac{\alpha}{2}\cdot\tg\alpha$$ болно. Иймд $$V(\alpha)=\dfrac{1}{3}R^2H\pi=\dfrac{\pi}{3}r^3\cdot\ctg^3\dfrac{\alpha}{2}\cdot\tg\alpha=\dfrac{1}{6}\cdot\ctg^3\dfrac{\alpha}{2}\cdot\tg\alpha$$ байна. $\tg\alpha=\dfrac{2\cdot\ctg\frac{\alpha}{2}}{\ctg^2\frac{\alpha}{2}-1}$ тул $c=\ctg\dfrac{\alpha}{2}$ гэвэл $$V(c)=\dfrac{c^4}{3(c^2-1)}\Rightarrow V'(c)=\dfrac{4c^3(c^2-1)-c^4\cdot 2c}{3(c^2-1)^2}=\dfrac{2c^5-4c^3}{3(c^2-1)}=0\Rightarrow c^2=2$$ үед хамгийн бага утга авна. Иймд $$V_{\min}=\dfrac{2^2}{3(2-1)}=\dfrac{4}{3}$$ байна.


2. $|a|$, $|b|$, $|c|\le 1971$ бол $x^3+ax^2+bx+c=0$ тэгшитгэл $1972$-оос их модуль бүхий шийдтэй юу?

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. Өгсөн тэгшитгэлийн шийд нь $x_1$, $x_2$, $x_3$ ба $|x_1|>1972$ гэе. Тэгвэл $|x_1x_2x_3|=|c|\le 1971$ гэдгээс $|x_2x_3|<1$, мөн $|x_1|+|x_2|+|x_3|=|a|<1971$ ба $|x_1|>1972$ гэдгээс $|x_2+x_3|>1$ гэж тус тус гарна. Иймд $$1971=1972-1<|x_1(x_2+x_3)|-|x_1x_2|\le|x_1x_2+x_1x_3+x_2x_3|\le 1971$$ гэж зөрчилд хүрэв. Иймд $|x_1|\le 1972$ байна.


3. $2^{2^n}+1$ хэлбэрийн бүх натурал тоонууд харилцан анхны гэдгийг батал.

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. $F_n=2^{2^n}+1$ гэе. Эхлээд $$\prod_{k=0}^{n-1} F_k=F_n-2$$ болохыг харуулъя. $n=1$ үед $F_0=2^{2^0}+1=3$, $F_1-2=2^{2^1}-1=3$ тул $F_0=F_1-2$ байна. $n$ үед үнэн гээд $n+1$ үед баталъя. \begin{align*} \prod_{k=0}^{n} F_k&=\Big(\prod_{k=0}^{n-1} F_k\Big) F_n=(F_n-2)F_n\\ &=(2^{2^n}-1)(2^{2^n}+1)=2^{2^{n+1}}-1=F_{n+1}-2 \end{align*} болж батлагдав. Иймд $m < n$ гэвэл $$(F_m,F_n)=(F_m,-2)=1$$ болж батлагдав.


4. $\tg37^\circ30^\prime=\sqrt6+\sqrt3-\sqrt2-2$ болохыг батал.

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. $\tg2\alpha=\dfrac{2\tg\alpha}{1-\tg^2\alpha}$ томьёо ашиглан бодъё. $\tg150^\circ=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ тул $$-\dfrac{1}{\sqrt3}=\dfrac{2\tg75^\circ}{1-\tg^275^\circ}\Leftrightarrow \tg^275^\circ-2\sqrt3\tg75^\circ-1=0$$ болно. Эндээс $\tg75^\circ>0$ болохыг тооцвол $$\tg75^\circ=\dfrac{2\sqrt{3}+\sqrt{(-2\sqrt3)^2-4\cdot 1\cdot(-1)}}{2}=2+\sqrt3$$ болов. Давхар өнцгийн томьёог дахин ашиглавал $$2+\sqrt3=\dfrac{2\tg37^\circ30'}{1-\tg^237^\circ30'}\Leftrightarrow (2+\sqrt3)\tg^237^\circ30'+2\tg37^\circ30'-(2+\sqrt3)=0$$ болох тул \begin{align*} \tg37^\circ30'&=\dfrac{-2+\sqrt{2^2-4\cdot(2+\sqrt3)(-2-\sqrt3)}}{4+2\sqrt3}\\ &=\dfrac{-2+\sqrt{32+16\sqrt3}}{4+2\sqrt3}=\dfrac{-1+\sqrt{2}\cdot\sqrt{4+2\sqrt3}}{2+\sqrt3}\\ &=\dfrac{-1+\sqrt2\cdot(1+\sqrt3)}{2+\sqrt3}=(-1+\sqrt2+\sqrt6)(2-\sqrt3)\\ &=-2+\sqrt3+2\sqrt2-\sqrt6+2\sqrt6-3\sqrt2\\ &=\sqrt6+\sqrt3-\sqrt2-2 \end{align*} болов.


5. $x^2-y^2=k$ тэгшитгэл бүхэл тоон шийдтэй байх зайлшгүй бөгөөд хүрэлцээтэй нөхцөлийг тогтоо.

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. $(x-y)(x+y)=k=k_1\cdot k_2$ гэж бичье. $x-y=k_1$, $x+y=k_2$ тул $$x=\dfrac{k_1+k_2}{2},~y=\dfrac{k_2-k_1}{2}$$ болно. Эндээс $k_1$ ба $k_2$ нь эсвэл хоёул тэгш бүхэл тоонууд, эсвэл сондгой хоёул бүхэл тоонууд гэж гарах болно. Иймд $k=4n$, $n\in\mathbb Z$, эсвэл $k=2n+1$, $n\in\mathbb Z$ хэлбэртэй бүхэл тоо болно.


6. Цифрүүд нь үл буурах дараалал үүсгэсэн саяас бага тоо хэд байх вэ?

Заавар Бодолт
Заавар.

Бодолт. Аливаа цифрүүдийг цор ганц аргаар үл буурах эрэмбээр жагсааж болно. Иймд бидний олох тоо $$C_{(9)}^1+C_{(9)}^2+C_{(9)}^3+C_{(9)}^4+C_{(9)}^5+C_{(9)}^6=C_{(10)}^6-1=C_{10+6-1}^6-1=5004$$ байна.