ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 69 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, 17 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ τάξη. Λυκείου.

Transcript

1 ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 69 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, 7 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 009 Πρόβλημα Να προσδιορίσετε τις τιμές της παραμέτρου m για τις οποίες το εμβαδόν του τριγώνου που f x = x+, g( x) = mx, m ορίζεται από τις γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων ( ) 6 και τον άξονα των x ισούται με Γ τάξη y Λυκείου y =mx Μ Ο Α(,0) x Από το σύστημα y = mx, y = x+ 6 προκύπτει ότι οι συντεταγμένες του σημείου Μ είναι 6 6m,, οπότε έχουμε: m+ m+ 6m 6m 6m E( ΟΑΜ ) = = = ή = m= ή m= + m + m + m Πρόβλημα Έστω H το ορθόκεντρο και O το περίκεντρο οξυγωνίου τριγώνουabγ Έστω ακόμη Δ, Ε και Ζ τα μέσα των πλευρών του ΒΓ, ΑΓ και ΑΒ, αντίστοιχα Θεωρούμε τα σημεία, λ και λ, με Δ, Εκαι Ζ έτσι ώστε: ΟΔ = λ ΟΔ ΟΕ = ΟΕ ΟΖ = ΟΖ λ > Ο κύκλος C α που έχει κέντρο το σημείο Δ και διέρχεται από το H τέμνει την ευθεία ΒΓ στα σημεία Α και Cβ Ε, ΕΗ και Cγ Ζ, ΖΗ ορίζουν τα σημεία B, B και Γ, Γ στις ευθείες ΑΓ και ΑΒ, αντίστοιχα Να αποδείξετε ότι τα σημεία Α, Α, Β, Β, Γ και Γ είναι ομοκυκλικά Α Όμοια, οι κύκλοι ( ) ( ) Έστω Η το ορθόκεντρο του τριγώνου ΑΒΓ Επειδή τα σημεία Δ, ΕΖ, είναι τα μέσα των πλευρών του ΒΓ, ΑΓ και ΑΒ αντίστοιχα, τα τρίγωνα ΑΒΓ και ΔΕΖ έχουν τις πλευρές τους παράλληλες Τα τρίγωνα ΔΕΖ και ΔΕΖ έχουν επίσης τις πλευρές τους παράλληλες, γιατί ΟΔ = ΟΔ, ΟΕ = λ ΟΕ και ΟΖ = λ ΟΖ λ Η ΔΖ είναι μεσοκάθετη της κοινής χορδής ΚΗ των κύκλων C α και C γ Επειδή η ΔΖ είναι παράλληλη με την ΑΓ, έπεται ότι ΚΗ ΑΓ Επειδή όμως ισχύει και ότι ΒΗ ΑΓ καταλήγουμε στο συμπέρασμα, ότι τα σημεία ΒΚΗ,, είναι συνευθειακά

2 Με όμοιο τρόπο, αν ΜΗ, ΛΗ είναι η κοινή χορδή των κύκλων C β, C γ και C α, C β, αντίστοιχα, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι τα σημεία Α, ΜΗ, και τα σημεία ΓΛΗείναι,, συνευθειακά Από τη δύναμη του σημείου Β ως προς τους κύκλους C α και C γ, έχουμε: ΒΚ ΒΓ = ΒΑ ΒΑ = ΒΓ ΒΓ, οπότε τα σημεία Α, Α, Γ, Γ είναι ομοκυκλικά στο κύκλο με κέντρο το Ο, που είναι το σημείο τομής των μεσοκαθέτων των τμημάτων ΑΑ και ΓΓ Όμοια εργαζόμαστε και με τα άλλα ζευγάρια σημείων, οπότε τα σημεία Α, Α, Β, Β, Γ και Γ βρίσκονται σε κύκλο κέντρου Ο Πρόβλημα Να προσδιορίσετε την τιμή του θετικού ακέραιου k και μη σταθερό πολυώνυμο ( ) βαθμού, με πραγματικούς συντελεστές, έτσι ώστε να ισχύει: x k P x = k x P x, για κάθε x ( ) ( ) ( ) ( ) P x, Έστω P( x) = ax + a x + + ax+ a0, a 0,, το ζητούμενο πολυώνυμο Τότε εξισώνοντας τους συντελεστές των μεγιστοβάθμιων όρων των δύο μελών της δεδομένης ισότητας πολυωνύμων, λαμβάνουμε a = ka k = Έτσι η δεδομένη ισότητα γίνεται: x P x = x P x,, για κάθε x () Από την () για ( ) ( ) ( ) ( ) x = προκύπτει ότι ( ) ( k P ) = 0 Συνεχίζοντας έτσι λαμβάνουμε τις σχέσεις ( ) P = 0, οπότε στη συνέχεια για x = προκύπτει P = 0, για k =,

3 Επίσης από την () για x = λαμβάνουμε: 0= P = 0 P = 0 ( ) ( ) ( ) k Άρα το ζητούμενο πολυώνυμο βαθμού έχει τις ρίζες, k =,,,, οπότε ( ) ( )( ) ( ) P x = a x x x, a Πρόβλημα 4 Δίνεται η συνάρτηση f : με πεδίο ορισμού και σύνολο τιμών, το σύνολο των πραγματικών αριθμών ( f ( ) = ) Αν για οποιουσδήποτε πραγματικούς αριθμούς x, y ισχύει η σχέση: f ( f ( f( x) ) f( y) ) = f( x) f ( f( y) ), () να αποδείξετε ότι η συνάρτηση f, είναι περιττή Θέτουμε στη δεδομένη σχέση όπου y το f ( x ) και έχουμε: f f f ( x ) f f ( x ) = f ( x ) f f f ( x ) Από τη σχέση () έχουμε τις ισότητες f f f f ( ( ) ( )) ( ( )) f (0) = f( x) f ( f ( f( x) )) f ( f ( f( x) )) = f( x) f(0) ( f f f )( x) = f( x) f(0) () ( )( x ) = f ( f ( x ) f (0 )) ( f f f f )( x ) = f ( f ( x )) f (0 ) από τις οποίες προκύπτει ότι: f ( f ( x ) f (0 )) = f ( f ( x )) f (0 ) () Από την () για x = 0 παίρνουμε: f f (0 ) f (0 ) = f f (0 ) f (0 ( ) ( ) ) f (0) = f ( f(0) ) f(0) f ( f(0) ) f(0) = (4) Από τη σχέση () για x = y = 0 και σε συνδυασμό με τη σχέση (4), έχουμε: f f f (0 ) f (0 ) = f (0 ) f f (0 ) ( ( ) ) ( ) f ( f(0) f(0) ) f(0) f(0) f ( f(0) ) f(0) = = (5) Από τις σχέσεις (4) και (5) έχουμε: f (0 ) = 0 Αν τώρα στη σχέση () θέσουμε x = 0 καταλήγουμε στη σχέση: f f f (0 ) f ( y ) = f (0 ) f f ( y ) ( ( ) ) ( ) f ( f( y) ) = f ( f( y) ) Επειδή όμως σύνολο τιμών της συνάρτησης f είναι το, έπεται ότι για κάθε x θα υπάρχει ένα τουλάχιστον y τέτοιο, ώστε f ( y ) = x Άρα έχουμε f ( x ) = f ( x ), για κάθε x, δηλαδή η συνάρτηση f είναι περιττή,

4 ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 70 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 00 Γ Λυκείου Πρόβλημα * Η ακολουθία a,, ορίζεται αναδρομικά από τις σχέσεις * a = a + + k,, όπου k θετικός ακέραιος και a = Να βρείτε για ποια τιμή του k ο αριθμός 0 είναι όρος * της ακολουθίας a, Από τη δεδομένη αναδρομική σχέση έχουμε a = a = a+ k a = a + k ( ) ( ) a = a + k a = a + k από τις οποίες με πρόσθεση κατά μέλη λαμβάνουμε k( ) a = + k( ) = + k( ) = + Επομένως, αρκεί να προσδιορίσουμε τις τιμές των k και για τις οποίες ισχύει η ισότητα: k( ) a = + = 0 k( ) = 400 k( ) = 5 67,, k =,,00 ή,, k =,,670 ( ) ( ) ( ) ( ) Επομένως, για k = 00 είναι a = 0 και για k = 670 είναι a = 0 Πρόβλημα Δίνεται οξυγώνιο και σκαληνό τρίγωνο ABC και έστω M, M, M τυχόντα σημεία των πλευρών του BC, AC, AB, αντίστοιχα Έστω ακόμη τα ύψη του AH, BH, CH Να αποδείξετε ότι οι περιγεγραμμένοι κύκλοι των τριγώνων AH H, BMH, CMH περνάνε από το ίδιο σημείο (έστω K ), οι περιγεγραμμένοι κύκλοι των τριγώνων BHH, AMH, CMH περνάνε από το ίδιο σημείο (έστω K ) και οι περιγεγραμμένοι κύκλοι των τριγώνων CHH, AM H, BM H περνάνε από το ίδιο σημείο (έστω K ) Στη συνέχεια να αποδείξετε ότι οι ευθείες AK, BK, CK συντρέχουν, δηλαδή περνάνε από το ίδιο σημείο, αν, και μόνο αν, οι ευθείες AM, BM, CM συντρέχουν Έστω (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου BM H, (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου CM H, (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου AH H και (c) ο περιγεγραμμένος κύκλος του εγγράψιμου τετραπλεύρου BH H C

5 Σχήμα 5 Θεωρώντας τις τέμνουσες AB και AC του κύκλου (c), συμπεραίνουμε: AB AH = AC AH Το γινόμενο όμως AB AH εκφράζει τη δύναμη του σημείου A ως προς το κύκλο (c ) ενώ το γινόμενο AC AH εκφράζει τη δύναμη του σημείου A ως προς το κύκλο (c ) Άρα το σημείο A, ανήκει στον ριζικό άξονα των κύκλων (c ) και (c ) Έστω τώρα ότι οι κύκλοι (c ) και (c ) τέμνονται στο σημείο K (εκτός βέβαια από το σημείο M ) Τότε η ευθεία που ορίζουν τα σημεία αυτά (δηλαδή τα K και M ) είναι ο ριζικός άξονας των κύκλων (c ) και (c ) Από τους παραπάνω συλλογισμούς προκύπτει ότι τα σημεία A,K και M είναι συνευθειακά Θα αποδείξουμε ότι και ο κύκλος (c ) περνάει από το σημείο K, δηλαδή ότι το τετράπλευρο AH KH είναι εγγράψιμο Από το εγγράψιμο τετράπλευρο BH H C έχουμε: ˆ ω = Bˆ Από το εγγεγραμμένο τετράπλευρο BM KH έχουμε: ˆ ϕ = Bˆ Άρα είναι ˆ ω = ˆ ϕ και κατά συνέπεια το τετράπλευρο AH KH είναι εγγράψιμο Με όμοιο τρόπο αποδεικνύουμε ότι και οι δύο άλλες τριάδες κύκλων, περνάνε από το ίδιο σημείο Προφανώς τώρα οι ευθείες AK,BK, CK συντρέχουν, αν, και μόνο αν, συντρέχουν οι ευθείες AM,BM, CM (δεδομένου ότι τα σημεία A,K, M, τα σημεία B,K, M και τα σημεία C,K, M, είναι συνευθειακά Πρόβλημα Αν,,, abxy με ( ab, ) ( 0,0) και (, ) ( 0,0) xy και ισχύουν ( ) ( ) ( ) ( ) a x y bxy = x a b aby b x y + axy = y a b + abx, να αποδείξετε ότι x = a και y = b

6 Σύμφωνα με τον ορισμό της ισότητας μιγαδικών αριθμών, προκύπτει ότι το σύστημα των δύο δεδομένων εξισώσεων είναι ισοδύναμο με την εξίσωση: a ( x y ) bxy b( x y ) axy i x( a b ) aby y ( a b ) abx + + = + + i ( a + bi) ( x y ) xyi ( a b ) abi + = + ( x + yi) ( a + bi) ( x + yi) = ( a + bi) ( x + yi) x+ yi = a+ bi (αφού ( α, β) ( 0,0) και ( x, y) ( 0,0 )) x= a, y = b Πρόβλημα 4 Σημείο Μ βρίσκεται στο εσωτερικό κύκλου C ( O, r), όπου r = 5cm, σε απόσταση 9cm από το κέντρο του κύκλου Να βρείτε τον αριθμό των χορδών του κύκλου C ( O, r) που περνάνε από το σημείο Μ και το μήκος τους είναι ακέραιος αριθμός Σχήμα 6 Θεωρούμε τη χορδή ΑΒ που περνάει από το σημείο Μ και το κέντρο O του κύκλου, καθώς και την κάθετη προς αυτήν χορδή ΓΜΔ, οπότε το σημείο Μ είναι το μέσο της χορδής ΓΔ Η χορδή ΑΒ έχει ακέραιο μήκος 0cm Από το θεώρημα τεμνομένων χορδών έχουμε ότι: ΓΔ ΓΔ ΓΔ ΓΜ ΜΔ = ΑΜ ΜΒ = 6 ( 9 + 5) = 44 = ΓΔ = 4 C O, r που περνάνε από το σημείο Μ και Έτσι μέχρι τώρα έχουμε βρει δύο χορδές του κύκλου ( ) έχουν ακέραιο μήκος Θεωρούμε τυχούσα χορδή ΚΛ του κύκλου C ( O, r) που περνάει από το Μ και έστω ΜΕ = x, ΜΟΕ ˆ = θ, όπου Ε είναι το μέσο της ΚΛ, σχήμα 6 Αν υποθέσουμε ότι π 0 θ, τότε έχουμε θεωρήσει όλες τις χορδές του κύκλου C ( O, r) που περνάνε από το Μ και τα άκρα τους Κ και Λ βρίσκονται στα ελάσσονα τόξα ΑΓ και ΒΔ, αντίστοιχα Για κάθε μία από αυτές τις χορδές αντιστοιχεί και μία ακόμη που είναι η συμμετρική της ως προς τη διάμετρο ΑΒ

7 Για τη χορδή ΚΛ, αν συμβολίσουμε το μήκος της ως ( θ ) ( ) 5 8, 0, έχουμε π θ = συν θ θ 8ημ θ π Επειδή είναι ( θ) = > 0, θ 0,, έπεται ότι η συνάρτηση ( θ ) είναι 5 8συν θ π γνησίως αύξουσα στο διάστημα 0,, οπότε η συνάρτηση ( ) θ έχει σύνολο τιμών το διάστημα ( 0, ) = [ 4,0] π Άρα το μήκος της χορδής ΚΛ μπορεί να πάρει όλες τις ακέραι- 4,0 Αν λάβουμε υπόψιν και τη συμμετρική χορδή της ΚΛ ως ες τιμές του διαστήματος [ ] προς τη διάμετρο ΑΒ, τότε τα πέντε μήκη 5, 6, 7, 8, 9 λαμβάνονται δύο φορές το καθένα, ενώ τα μήκη 4 και 0 λαμβάνονται από μία φορά Έτσι έχουμε συνολικά χορδές που περνάνε από το Μ με ακέραιο μήκος Παρατήρηση Θα μπορούσαμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε το θεώρημα μέγιστης και ελάχιστης τιμής για τη π συνεχή συνάρτηση ( θ) = 5 8 συν θ, 0 θ, η οποία έχει ελάχιστη τιμή την π ( 0) = 4 και μέγιστη τιμή την = 0 Αυτό προκύπτει από την παρατήρηση ότι τα μήκη των χορδών είναι αντιστρόφως ανάλογα από τα αποστήματά τους και ότι το μέγιστο απόστημα π λαμβάνεται για θ = 0, ενώ το ελάχιστο απόστημα λαμβάνεται για θ = Παρατήρηση Σημειώνουμε ακόμη ότι οι χορδές με ακέραια μήκη 5, 6, 7, 8, 9, μπορούν να κατασκευαστούν γεωμετρικά, αφού αν θέσουμε ΚΜ = x και ΜΛ= y, τότε έχουμε { } x+ y = m, m 5,6,7,8,9 και xy = 44 = Έτσι εξασφαλίζουμε την ύπαρξη αυτών των χορδών με ακέραιο μήκος, χωρίς τη χρήση του διαφορικού λογισμού

8 ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 7 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, 5 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 0 Γ τάξη Λυκείου Πρόβλημα Αν οι αβγ,, είναι θετικοί πραγματικοί αριθμοί με άθροισμα, να αποδείξετε ότι: ( ) ( ) ( ) α + 4β γ β + 4γ α γ + 4α β + + > 4αβ 4βγ 4γα Από τις γνωστές ανισότητες α + 4β 4 αβ, β + 4γ 4 βγ, γ + 4α 4γα, () λαμβάνουμε τις ανισότητες: α + 4β 4αβ ( α + 4β ) γ = ( η ισότητα ισχύει για α = β) γ () 4αβ 4αβ 4αβ β + 4γ 4βγ ( β + 4γ ) α = (ηισότητα ισχύει για β= ) γ α () 4βγ 4βγ 4βγ γ + 4α 4γα ( γ + 4α ) β = (ηισότητα ισχύει για γ = α) β (4) 4γα 4γα 4γα Από τις (), () και (4) με πρόσθεση κατά μέλη λαμβάνουμε: ( 4 ) ( 4 ) ( 4 ) α + β γ β + γ α γ + α β + + α+β + γ = (5) 4αβ 4βγ 4γα Η ισότητα στη σχέση (5) ισχύει, αν, και μόνον αν, ισχύουν οι ισότητες και στις τρεις σχέσεις (), () και (4) ή ισοδύναμα: α= β, β= γ, γ= α, από τις οποίες προκύπτει ότι α=β=γ= 0, που είναι άτοπο, αφού οι αριθμοί αβγ,, είναι θετικοί Επομένως έχουμε αποδείξει ότι: ( α + 4β ) γ ( β + 4γ ) α ( γ + 4α ) β + + > 4αβ 4βγ 4γα Πρόβλημα Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς το σύστημα: x + xy = 5 ( Σ ) y xy = Αν υποθέσουμε ότι υπάρχει λύση ( x, y ) του συστήματος ( Σ ), με x= 0 ή y = 0, τότε λαμβάνουμε 0 = 5 ή 0 = -, άτοπο Για xy 0, η μία εξίσωση του συστήματος μπορεί να αντικατασταθεί με αυτήν που προκύπτει από τις δύο εξισώσεις του συστήματος, με διαίρεση κατά μέλη:

9 y + m 5 + = 5m m+ = 0 x + xy 5 x 5 m m = = y y xy y y y m m = = x x x x m= ή m= m= 5 m = 5 ή y y = x x = m y = x 5 Επομένως έχουμε: 7x 5 7 x + xy = 5 = x x =± x + xy = x = =± ή ή ή 7 Σ x y = x y = y = x x y x x 5 y = y = = ( xy, ) = (,) ή ( xy, ) = (, ) ή ( xy, ) =, ή ( xy, ) =, ( ) Πρόβλημα Δίνεται τρίγωνο ΑΒΓ εγγεγραμμένο σε κύκλο () c με κέντρο O και ακτίνα R Ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου ΑOB (έστω ( c ) ), τέμνει την AΓ στο σημείο K και την ΒΓ στο σημείο Ν Έστω ( c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου ΓΚΝ και ( c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου OΓΚ Να αποδείξετε ότι οι κύκλοι ( c ), ( c ) και ( c ) είναι ίσοι μεταξύ τους Έστω R,R, R οι ακτίνες των κύκλων ( c ),( c ) και ( c ) αντίστοιχα Θα αποδείξουμε ότι R = R = R Από το εγγεγραμμένο τετράπλευρο AKOB έχουμε: Α ˆ ˆ = B Από το εγγεγραμμένο τετράπλευρο AOΝB έχουμε: Α ˆ ˆ = Β Από το ισοσκελές τρίγωνο OBΓ, έχουμε: Β ˆ ˆ = Γ Από το ισοσκελές τρίγωνο OΑΓ, έχουμε: Α ˆ ˆ = Γ Από τις παραπάνω ισότητες των γωνιών, προκύπτει ΝΑΓ ˆ = ΚΒΓ ˆ = Γˆ, δηλαδή τα τρίγωνα ΝΑΓ και ΚΒΓ είναι ισοσκελή, οπότε ΝΑ = ΝΓ και ΚΒ = ΚΓ Τα τρίγωνα τώρα ΟΚΒ και ΟΚΓ είναι ίσα διότι έχουν: ΟΒ = ΟΓ (ακτίνες του κύκλου ( c ) ) ΟΚ (κοινή) ΚΒ = ΚΓ (από το ισοσκελές τρίγωνο ΚΒΓ ) Εφόσον λοιπόν τα τρίγωνα ΟΚΒ και ΟΚΓ είναι ίσα, θα έχουν ίσους τους περιγεγραμμένους κύκλους τους ( c ) και ( c ) Απόδειξη της Ισότητας των Κύκλων ( c ) και ( c ) ( ος τρόπος) Θεωρούμε τώρα τα τρίγωνα ΚΝΒ και ΚΝΓ που έχουν περιγεγραμμένους κύκλους ( c ) και ( c ) αντίστοιχα

10 αβγ Θα χρησιμοποιήσουμε στη συνέχεια τον τύπο E = (ΑΒΓ) = που εκφράζει το εμβαδό 4R τριγώνου συναρτήσει του μήκους των πλευρών και της ακτίνας του περιγεγραμμένου κύκλου Έστω λοιπόν E = (ΚΝΒ) το εμβαδό του τριγώνου ΚΝΒ και E = (ΚΝΓ) το εμβαδό του τριγώνου ΚΝΓ Τότε: ΝΒ ΝΚ ΒΚ E = (ΚΝΒ) = 4R Ε 4R ΝΒ ΝΚ ΒΚ Ε = R ΝΒ =, () ΝΓ ΝΚ ΓΚ Ε 4R ΝΓ ΝΚ ΓΚ E = (ΚΝΓ) = Ε R ΝΓ 4R (για τη τελευταία συνεπαγωγή χρησιμοποιήσαμε την ισότητα ΚΒ = ΚΓ, που προκύπτει από το ισοσκελές τρίγωνο ΚΒΓ ) Σχήμα 5 Τα τρίγωνα ΚΝΒ και ΚΝΓ έχουν τις γωνίες τους Άρα: E ΝΒ ΝΚ Ε = = E ΝΓ ΝΚ Ε Από τις σχέσεις () και () έχουμε R = R ΝΒ ΝΓ ˆ ΚΝΒ και ˆ ΚΝΓ παραπληρωματικές () Απόδειξη της Ισότητας των Κύκλων ( c ) και ( c ) ( ος τρόπος) Για την απόδειξη, θα χρησιμοποιήσουμε το νόμο των ημιτόνων: a β γ = = = R ημα ημβ ημγ Εφαρμόζοντας το νόμο των ημιτόνων στα τρίγωνα ΚΝΒ και ΚΝΓ έχουμε: ΚΝ ΚΝ = R και = R ημ( ΚΒΝ ˆ ) ημ( Γˆ ) Από την ισότητα τώρα των γωνιών ΚΒΝ ˆ = Γ ˆ, καταλήγουμε: R = R Πρόβλημα 4 Η ακολουθία * a,, ορίζεται αναδρομικά από τις σχέσεις

11 k * a = a +,, a =, όπου k θετικός ακέραιος (i) Να προσδιορίσετε το γενικό όρο a της ακολουθίας ως συνάρτηση των και k (ii) Να αποδείξετε ότι υπάρχουν μοναδικοί θετικοί ακέραιοι k, τέτοιοι ώστε : a = 000 (i) Από τις υποθέσεις έχουμε a = a k, a = a k,, a k = a, =,,, από τις οποίες με πρόσθεση κατά μέλη λαμβάνουμε: a = a k k = + k a = + k k = ( k) +, =,,, (ii) Έστω ότι: k a = 000 ( k) + = 000 ( k) + k =, όπου k θετικός ακέραιος και *, > Τότε έχουμε ( ) = k k = > 0, k Ά () Αν υποθέσουμε ότι > 000 > 00, τότε από τη σχέση () προκύπτει, ότι k ( 0,), άτοπο Αν υποθέσουμε ότι < 000 < 00, τότε έχουμε: k = = = οπότε θα είναι 0< k <, που είναι άτοπο Άρα είναι = 000 = 00, οπότε από την () προκύπτει ότι k =,

12 7 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 0 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ Πανεπιστημίου (Ελευθερίου Βενιζέλου) ΑΘΗΝΑ Τηλ Fax: ifo@hmsgr wwwhmsgr GREEK MATHEMATICAL SOCIETY 4, Paepistimiou (Εleftheriou Veizelou) Street GR Athes - HELLAS Tel Fax: ifo@hmsgr wwwhmsgr ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΩΝ 7 ος ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο ΕΥΚΛΕΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΤΟ, ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 0 ΕNΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ Γ τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να βρεθεί η αριθμητική πρόοδος αν, ν =,,, που έχει πρώτο όρο α = α 0, διαφορά ω 0 και είναι τέτοια ώστε ο λόγος του αθροίσματος α + + αν των ν πρώτων όρων της προς το άθροισμα αν α ν των επόμενων ν το πλήθος όρων της είναι σταθερός, δηλαδή ανεξάρτητος του ν Από την υπόθεση δίνεται ότι: Σ ν α + α ν = = c (ανεξάρτητο του ν ) () Σ ν Σ ν αν+ + αν Επειδή είναι α + ( ν ) ω ν Σ ν = α + + αν = και α + ( ν ) ω ν α + ( ν ) ω ν 4α + ( 8ν ) ω ν Σ ν Σ ν = =, η σχέση () γίνεται α + ( ν ) ω = c ( 8cω ω) ν + 4αc α cω+ ω = 0 4α + ( 8ν ) ω 8c ων + c α ω = 0,για κάθε ν =,,, ( ) ( )( ) Στην τελευταία ισότητα θεωρούμε ν = και ν = και αφαιρούμε κατά μέλη τις ισότητες που προκύπτουν, οπότε λαμβάνουμε ( 8c ) ω = 0 και από αυτή ( c )( α ω) χουμε το σύστημα: = 0, οπότε έ- ( 8c ) ω 0 = c = 8, αφού ω 0 ( c )( a ω) = 0 ω = α α, α,5 α,, ν α, Επομένως η αριθμητική πρόοδος που ζητάμε είναι η: ( ) Πρόβλημα Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς το σύστημα: x = z, y = x, z = y z 6 + x 6 + y

13 Παρατηρούμε ότι 4 8z 8z 8z x = = z z,αφού ισχύει :, z 4 + ( z ) 4 + ( z ) και ομοίως λαμβάνουμε ότι: z y και y x Επομένως, έχουμε: x = y = z Τότε από την πρώτη εξίσωση λαμβάνουμε: 4 8x 4 x = x 4 ( x 8x + 6) = 0 x ( x 4) = x x= 0 ή x= ή x= (όλες με πολλαπλότητα ) Για x = 0, προκύπτει η λύση ( 0,0,0 ) Για x =, προκύπτουν οι λύσεις: (,, ), (,, ),(,, ) και (,, ) Για,,,,,,,, και,, x =, προκύπτουν οι λύσεις: ( ) ( ) ( ) ( ) Πρόβλημα Δίνεται τρίγωνο ΑΒΓ εγγεγραμμένο σε κύκλο cor (, ) Τα ύψη του ΑΔ, ΒΕ, ΓΖ τέμνουν τον περιγεγραμμένο κύκλο στα σημεία Α, Β, Γ αντίστοιχα Αν Α, Β, Γ είναι τα μέσα των ευθυγράμμων τμημάτων ΟΔ, ΟE, Ο Z αντίστοιχα, να αποδείξετε ότι οι ευθείες ΑΑ,ΒΒ,ΓΓ περνάνε από το ίδιο σημείο ( ος τρόπος) Παρατηρούμε ότι το σημείο Α είναι συμμετρικό του ορθοκέντρου Η ως προς την πλευρά ΒΓ Πράγματι, αν θεωρήσουμε το σημείο Η συμμετρικό του Η ως προς την πλευρά ΒΓ, τότε έχουμε ˆ ˆ ΒΗ ˆ Γ = ΒΗΓ = 80 Α Άρα το τετράπλευρο ΑΒΗΓ είναι εγγεγραμμένο στον περιγεγραμμένο κύκλο του τριγώνου ΑΒΓ, οπότε το σημείο Η συμπίπτει με το σημείο Α Έστω Κ το αντιδιαμετρικό του σημείου Α και Μ το σημείο τομής της ΑΑ με την ΗΚ Τότε στο τρίγωνο ΑΗΚ έχουμε ότι το σημείο Ο είναι μέσο της πλευράς ΑΚ και ότι το σημείο Δ είναι μέσο της πλευράς ΑΗ(*) Άρα το τμήμα ΟΔ είναι ίσο και παράλληλο με το τμήμα ΗΚ Σχήμα 7

14 ΗΚ Επειδή τώρα ΟΔ = και η ΑΑ είναι διάμεσος στο τρίγωνο ΑΟΔ, συμπεραίνουμε ότι η ΑΜ είναι διάμεσος του τριγώνου ΑΗΚ Έστω ότι οι διάμεσες ΑΜ και ΗΟ (του τριγώνου ΑΗΚ) τέμνονται στο σημείο G Τότε θα ισχύει GΗ = GΟ, δηλαδή το σημείο G χωρίζει το τμήμα HO σε δύο τμήματα με λόγο : Με ανάλογο τρόπο αποδεικνύουμε ότι και οι ΒΒ, ΓΓ διέρχονται από το σημείο G ος τρόπος (με ομοιοθεσία), Σχήμα 8 Χρησιμοποιώντας τη πρόταση: Τα συμμετρικά του ορθοκέντρου τριγώνου, ως προς τις πλευρές του, βρίσκονται στο περιγεγραμμένο κύκλο του, που αποδείξαμε στην αρχή της προηγούμενης λύσης, συμπεραίνουμε ότι το Δ είναι μέσο του ΑΗ, το Ε είναι μέσο του ΒΗ και το Δ είναι μέσο του ΓΗ Άρα το τρίγωνο ΑΒΓ είναι ομοιόθετο του (ορθικού) τριγώνου ΔΕΖ στην ομοιοθεσία με κέντρο το ορθόκεντρο Η και λόγο, ( ΗΑ = ΗΔ) Το Α είναι μέσο του ΟΔ, το Β είναι μέσο του ΟΕ και το Γ είναι μέσο του ΟΖ Άρα το ορθικό τρίγωνο ΔΕΖ, είναι ομοιόθετο του τριγώνου ΑΒΓ στην ομοιοθεσία με κέντρο το Ο και λόγο, ( ΟΔ = ΟΑ ), δηλαδή το τρίγωνο ΑΒΓ είναι ομοιόθετο του τριγώνου ΑΒΓ Άρα οι ευθείες ΑΑ, ΒΒ, ΓΓ (που συνδέουν τις ομόλογες κορυφές) θα συντρέχουν στο κέντρο της ομοιοθεσίας (έστω Κ ) το οποίο θα βρίσκεται επάνω στην OΗ Πρόβλημα 4 Βρείτε όλες τις ρητές τιμές του x για τις οποίες είναι ρητός ο αριθμός 4x ax + b, όπου abρητοί, τέτοιοι ώστε a < 6b Επειδή από υπόθεση a 6b< 0, έπεται ότι 4x ax+ b> 0, για κάθε x Αν υποθέσουμε ότι οι αριθμοί x, 4x ax + b = y είναι και οι δύο ρητοί, τότε και η διαφορά y x= r θα είναι ρητός Έτσι έχουμε

15 b r x ax+ b x= r x ax+ b = x+ r x ax+ b= x + rx+ r x= a + 4r a εφόσον r 4 Αντίστροφα, αν είναι b x= r, όπου r ρητός με r a, τότε έχουμε a+ 4r 4 b r a( b r ) 4x ax+ b= 4 + b a+ 4r a+ 4r , οπότε, αφού από υπόθεση δηλαδή ο y είναι ρητός ( ) ( r + ar+ b) 4 4r + a r + 4b + 8br + 4abr + 4ar = = a+ 4r a+ 4r ( ) a 6b< 0, θα είναι r + ar+ b a y = 4 x ax+ b =, r, a+ 4r 4,