ˆ ˆ ˆ ˆ 0 ˆ 0 ΕΓΔ + ΔΓΕ = ΚΓΒ + ΓΒΚ = 80 ΓΚΒ = 80 90 = 90, αφού οι γωνίες ΓΒΚ ˆ και ΚΓΒ ˆ είναι οι δύο οξείες γωνίες του ορθογώνιου τριγώνου ΓΚΒ Επειδή οι δύο χορδές είναι κάθετες θα είναι και ΑΚ ΓΔ, δηλαδή ΑΚ είναι επίσης ύψος του τριγώνου ΑΓΔ, οπότε το σημείο Μ είναι το σημείο τομής των υψών του τριγώνου ΑΓΔ Α τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να απλοποιήσετε την αλγεβρική παράσταση m m m+ x y y y + x Α=, m m+ y x x x y όπου m, ακέραιοι και x, y πραγματικοί αριθμοί με xy 0, xy και xy m m m m+ xy xy+ x y y y + x y x Α= = x y x y m m m+ xy xy m+ y x x x m xy x xy + y y = m y x x = m ( xy + ) ( xy ) ( xy ) m m m+ ( xy ) m m m m m+ ( xy ) + m m m x y = m y m+ Πρόβλημα Να βρεθούν οι ακέραιοι αριθμοί α, β αν γνωρίζετε ότι ισχύουν:
α β = α + β και α β + α β + α β α β = 7 Από την ισότητα α β = α + β 0 προκύπτει ότι: = + α β α β α β = α + β α αβ + β = α + αβ + β αβ = αβ ( α 0 και β 0) ή ( α 0 και β 0 ) Από τη δεύτερη ισότητα λαμβάνουμε: α β + α β + α β α β = 7 α β ( α + β + ) ( α + β + ) = 5 ( α + β + )( α β ) = 5, από την οποία έχουμε ότι ο α β είναι ένας από τους παράγοντες του 5, δηλαδή έχουμε: α β =± ή α β =± 5 ή α β =± 7 ή α β =± 5 α β = ή α β = 0 ή α β = 6 ή α β = 4 ή α β = 8 ή α β = 6 ή α β = 6 ή α β = 4 Οι αποδεκτές περιπτώσεις, αφού α, β και α β 0, είναι οι: α β = 0, η οποία οδηγεί στις λύσεις ( α, β) = ( 0, 7) ή ( α, β) = ( 7,0) α β = 6 αβ = 6 (αφού α, β ετερόσημοι), η οποία οδηγεί στο σύστημα: α + β = ( α, β) = (,) ή ( α, β) = (, ) αβ = 6 Πρόβλημα Δίνεται τετράγωνο ΑΒΓΔ πλευράς α Πάνω στις πλευρές ΒΓ και ΓΔ λαμβάνουμε σημεία Ε και Ζ τέτοια ώστε ΕΓ = ΖΔ = α Τα ευθύγραμμα τμήματα ΒΖ και ΔΕ τέμνονται στο σημείο Κ Αν η ευθεία ΑΚ τέμνει την ευθεία ΕΖ στο σημείο Λ, τότε: (α) Να αποδείξετε ότι: ΑΛ ΕΖ (β) Να υπολογίσετε το μήκος της ΑΛ συναρτήσει του α (α) Τα ορθογώνια τρίγωνα ΑΔΖ και ΔΕΓ έχουν τις κάθετες πλευρές τους ίσες ( ΑΔ = ΔΓ=α, ΔZ = ΕΓ = α ) Άρα είναι ίσα και έχουν ΔΑ ˆZ =ΕΔΓ ˆ Αν Μ είναι το σημείο τομής ΑΖ και ΔΕ, τότε έχουμε: ΜΔΖ ˆ + ΔΖΜ ˆ = ΔΑΖ ˆ + ΔΖΑ ˆ 0 ˆ 0 = 80 ΑΔΖ= 80 90 = 90 Άρα είναι ΕΔ ΑΖ και ομοίως αποδεικνύουμε ότι είναι ΖΒ ΑΕ, οπότε το σημείο Κ είναι το σημείο τομής των υψών του τριγώνου ΑΕΖ Άρα θα είναι και ΑΚ ΕΖ ή ΑΛ ΕΖ
Δ (β) Έχουμε ότι α 5 ( ΑΕΖ ) = ΕΖ ΑΛ = ΑΛ και α 7α ( ΑΕΖ ) = ( ΑΒΓΔ) ( ΑΒΕ) ( ΕΓΖ) ( ΑΔΖ ) = 9α α α =, 7 5α οπότε λαμβάνουμε: ΑΛ = 5 Πρόβλημα 4 Να προσδιορίσετε τριψήφιο θετικό ακέραιο abc = 00a + 0b + c, όπου abc,, ψηφία, a > 0, ο οποίος ικανοποιεί την ισότητα: Από τη σχέση abc ( a b c ) abc = a + b + c 00 = + + < 000 προκύπτει ότι: 0 a b c Από τη σχέση (), δεδομένου ότι {,,,9} Επιπλέον η δεδομένη ισότητα γίνεται: Διακρίνουμε τώρα τις περιπτώσεις: Για c = 0 η εξίσωση () γίνεται: + +, () a και bc, { 0,,,,9} { 0,,,} και b { 0,,,, 4,5}, συμπεραίνουμε ότι: c () 00 0 abc= a+ b + c a+ b+ c= a+ b + c () 00a+ 0b= a+ b, (4) από την οποία για b { 0,,,, 4,5} δεν προκύπτουν ab, που την επαληθεύουν Πράγματι, τα ψηφία abπου, ικανοποιούν την εξίσωση (4) πρέπει να είναι τέτοια ώστε ο αριθμός a + b να λήγει σε 0 Έτσι πιθανά ζεύγη είναι τα (, ) ( 9,) ή ( 6, ) ή (,) ή ( 4, 4) ή ( 5,5) ab =, από τα οποία κανένα δεν ικανοποιεί την εξίσωση (4)
Για c = η εξίσωση () γίνεται: 00a+ 0b+ = a+ b +, από την οποία προκύπτει ότι ο αριθμός a+ b + πρέπει να λήγει σε ή 9 Έτσι πιθανά ζεύγη είναι τα ( ab, ) = ( 8,0) ή ( 7,) ή ( 9,) ή ( 4, ) ή ( 6, ) ή (,) ή 9, ή, 4 ή 4, 4 ή,5 ή 5,5, από τα οποία προκύπτει μόνο η λύση ( ab, ) = ( 4,4) και ο αριθμός abc = 44 Για c = η εξίσωση () γίνεται: 00a+ 0b+ = a+ b +, η οποία είναι αδύνατη, αφού δεν είναι δυνατόν το τετράγωνο ενός ακεραίου να τελειώνει σε Για c = η εξίσωση () γίνεται: 00a+ 0b+ = a+ b +, η οποία είναι αδύνατη, αφού δεν είναι δυνατόν το τετράγωνο ενός ακεραίου να τελειώνει σε Β τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να προσδιορίσετε τις τιμές του πραγματικού αριθμού a για τις οποίες το σύστημα x + 4y = 4a ax y = a έχει μία μόνο λύση Για τις τιμές του a που θα βρείτε να λύσετε το σύστημα Το σύστημα είναι ισοδύναμο με το σύστημα x + 4y = 4a y = ax a y = ax a ax y = a x + 4( ax a) = 4a ( + 4a ) x 6a x+ a = 0 Το σύστημα έχει μία μόνο λύση, αν, και μόνον αν, η εξίσωση χει μία διπλή ρίζα, δηλαδή, αν, και μόνον αν, ισχύει: Για 0 Για Δ= 6a ( 4a ) = 0 a= 0 ή a= ή a= xy, = 0,0 a =, το σύστημα έχει τη λύση a =± η εξίσωση χει τη διπλή ρίζα αν a = και ( xy) 4a x 6a x a 0 + + = γίνεται 4a x 6a x a 0 + + = έ- x =, οπότε το σύστημα έχει τη μοναδική λύση ( xy), =, 4, αν a = 4x x 9 0 + = και έ-, =, 4,
Πρόβλημα Έστω S = x+ y+ z και S = xy+ yz+ zx, όπου xyz,, τέτοιοι ώστε να ικανοποιούν την ισότητα x y+ z + y z+ x + z x+ y = 6 (α) Να αποδείξετε ότι: xyz = SS 6 (β) Να προσδιορίσετε τους αριθμούς x, yz,, αν είναι S = και S = (α) Έχουμε x ( y+ z) + y ( z+ x) + z ( x+ y) = 6 x( xy+ xz) + y( yz+ yx) + z( zx+ zy) = 6 x( S yz) + y ( S zx) + z ( S xy) = 6 x + y + z S xyz = 6 xyz = S S 6 (β) Για S = και S = έχουμε το σύστημα: x+ y+ z = x+ y+ z = xy + yz + zx = xy + yz + zx =, xyz = 0 x = 0 ή y = 0 ή z = 0 από το οποίο εύκολα προκύπτουν οι λύσεις xyz,, =,,0 ή,, 0 ή,0, ή, 0, ή 0,, ή 0,, Πρόβλημα Δίνεται ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ με Α= ˆ 90 Αν ΑΔ είναι ύψος του τριγώνου και Κ, Κ, Κ είναι τα κέντρα των εγγεγραμμένων κύκλων των τριγώνων ΑΒΔ, ΑΓΔ, ΑΒΓ, αντίστοιχα, να αποδείξετε ότι ΑΚ = ΚΚ Α Ε Κ Ζ Β Κ Κ Δ Γ Κ Τα σημεία Κ και Κ βρίσκονται πάνω στη διχοτόμο της γωνίας ˆΒ, ενώ τα σημεία και Κ βρίσκονται πάνω στη διχοτόμο της γωνίας ˆΒ Έτσι έχουμε ˆ ˆ ˆ 0 Β+Γ 0 ΒΚΓ = 80 = 80 45 = 5 Ομοίως λαμβάνουμε ΒΚΑ= ˆ ˆ 5 και ΓΚΑ= 5 Άρα έχουμε
0 ΚΚΕ=ΚΚΕ=ΚΚΖ=ΖΚΚ ˆ ˆ ˆ ˆ = 45, 0 ως παραπληρώματα κάποιας γωνίας 5 Επομένως τα τρίγωνα ΑΕΚ, Κ ΕΚ και ΚΖΚ είναι ορθογώνια ισοσκελή, οπότε το σημείο Κ είναι ορθόκεντρο του τριγώνου ΑΚΚ Τα ορθογώνια τρίγωνα ΑΚ Ε και Κ ΕΚ είναι ίσα, γιατί έχουν ΕΚ =ΕΚ και ΚΚΕ=ΕΑΚ ˆ ˆ, αφού έχουν τις πλευρές τους κάθετες Άρα είναι ΑΚ =ΚΚ Πρόβλημα 4 Να προσδιορίσετε την τιμή του ακέραιου αριθμού k,< k < 0 και μη σταθερό πολυώνυμο P( x ) με πραγματικούς συντελεστές, έτσι ώστε να ισχύει: ( x k) P( x) k( x ) P( x), = για κάθε 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 = Επειδή είναι < k < 0 οι μόνες δυνατές τιμές του είναι οι = ή = ή = Έτσι η δεδομένη ισότητα γίνεται: x P x = x P x, για κάθε x () Για = η () γίνεται ( x ) P( x) ( x ) P( x) x = προκύπτει P = 0 Άρα είναι P( x) = a ( x ) Για =, για κάθε x, από την οποία για =, για κάθε x, από την οποία για = η () γίνεται ( x ) P( x) ( x ) P( x) προκύπτει P = 0 και P ( 9) = 0 Άρα είναι P( x) a ( x )( x ) Για = η () γίνεται ( x ) P( x) ( x ) P( x) = 9 =, για κάθε x, από την οποία για προκύπτει P = 0, P ( 9) = 0 και P ( 7) = 0 Άρα είναι P( x) = a ( x )( x )( x ) 9 7
Γ τάξη Λυκείου 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 y 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
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 =,
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 πραγ- 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 ματικών αριθμών ( f = ) 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,
(ii) Το τρίγωνο ΗΕΖ είναι ορθογώνιο με υποτείνουσα ΕΖ, οπότε για τον υπολογισμό της ΕΖ θα χρησιμοποιήσουμε το Πυθαγόρειο θεώρημα Πρέπει όμως να έχουμε υπολογίσει τις κάθετες πλευρές ΗΖ και ΗΕ συναρτήσει του β Από το τρίγωνο ΗΔΓ που είναι ορθογώνιο στο Η με β ΓΔ= και έχει ΗΔΓ ˆ = θ = 0 0 λαμβάνουμε: 0 0 ΗΔ = ΔΓ συν 0 = β = β και ΗΓ = ΔΓ ημ0 = β = β 4 4 Διαφορετικά, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε τα μήκη των ΗΔ και ΗΓ από το ορθογώνιο τρίγωνο ΗΔΓ με ΗΔΓ ˆ = θ = 0 0, οπότε η κάθετη πλευρά που βρίσκεται απέναντι από την οξεία 0 β γωνία των 0 θα ισούται με το μισό της υποτείνουσας, δηλαδή είναι ΗΓ= και στη συνέχεια από το Πυθαγόρειο θεώρημα υπολογίζουμε και την πλευρά ΗΔ = 4 β 4 0 Το τρίγωνο ΓΔΖ είναι ισοσκελές ( ΓΖΔ ˆ = ΓΔΖ ˆ = 0 ), οπότε θα είναι β ΓΖ=ΓΔ= και β β β ΗΖ = ΗΓ + ΓΖ = + = 4 4 Επιπλέον, από το ορθογώνιο τρίγωνο ΑΔΕ με ΔΑΕ ˆ = 90, ˆ β ΑΔΕ = 0 0 και ΑΔ=, έχουμε: ΑΔ β / β β ΔΕ = = = =, 0 συν 0 / οπότε θα είναι β β 7β ΗΕ = ΗΔ + ΔΕ = + = 4 Επομένως, από το Πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο ΗΕΖ με Η= ˆ 90 έχουμε: 7β β β 57 ΕΖ = ΗΕ + ΗΖ = + = 4 6 Α Λυκείου Πρόβλημα (i) Να βρείτε τις τιμές του ρητού αριθμού α, για τις οποίες ο αριθμός Α= α είναι ρητός (ii) Να αποδείξετε ότι ο αριθμός Β= ( + ) είναι άρρητος (i) Για α = 0 είναι Α= 0, ρητός Έστω α 0 Αν ήταν ο Α= α ρητός, τότε ο αριθμός Α =, θα ήταν επίσης ρητός, ως πηλίκο δύο ρητών αριθμών, που είναι άτοπο α Επομένως, ο αριθμός Α είναι ρητός μόνο για α = 0 (ii) Έχουμε Β= ( + ) = 4+ Αν ο αριθμός Β ήταν ρητός, τότε ο αριθμός Β 4= θα ήταν επίσης ρητός, ως διαφορά δύο ρητών, το οποίο είναι άτοπο, σύμφωνα με το (i)
Πρόβλημα Να αποδείξετε ότι η εξίσωση x + x = α x, έχει, για κάθε τιμή της παραμέτρου α, μία τουλάχιστον πραγματική λύση Για ποιες τιμές του α η εξίσωση έχει δύο διαφορετικές μεταξύ τους πραγματικές λύσεις; Επειδή στην εξίσωση εμφανίζεται η απόλυτη τιμή του αγνώστου x διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: (i) Έστω x 0 Τότε ισχύει x = x και η δεδομένη εξίσωση είναι ισοδύναμη με το σύστημα: x+ x= αx, x 0 ( α + ) x=, x 0 x =, αν α > α + αδύνατο, αν α (ii) Έστω x < 0 Τότε ισχύει x = x και η δεδομένη εξίσωση είναι ισοδύναμη με το σύστημα: x+ + x= αx, x< 0 ( α ) x=, x< 0 x =, αν α < α αδύνατο, αν α Επομένως, για κάθε τιμή της παραμέτρου α, η εξίσωση έχει μία τουλάχιστον πραγματική λύση Η εξίσωση έχει πραγματικές λύσεις διαφορετικές μεταξύ τους, αν ισχύει: < α < Πράγματι, για < α < η εξίσωση έχει τις λύσεις x διαφορετικές μεταξύ τους = < 0 και x = > 0 που είναι α α + Πρόβλημα Δίνεται τρίγωνο ABC εγγεγραμμένο σε κύκλο COR (, ) και έστω A, B, C τα αντιδιαμετρικά σημεία των κορυφών του A, BC, Στις ευθείες που ορίζουν οι πλευρές BC, ACAB, θεωρούμε τα σημεία A, B, C αντίστοιχα και έστω (ε ) η ευθεία που ορίζουν τα σημεία A, A, (ε ) η ευθεία που ορίζουν τα σημεία B, B και (ε ) η ευθεία που ορίζουν τα σημεία C, C Έστω ακόμη (δ ) η παράλληλη ευθεία που φέρουμε από το σημείο A προς την (ε ), (δ ) η παράλληλη ευθεία που φέρουμε από το σημείο B προς την (ε ) και (δ ) η παράλληλη ευθεία που φέρουμε από το σημείο C προς την (ε ) Να αποδείξετε ότι οι ευθείες (ε ), (ε ) και (ε ) συντρέχουν (περνάνε από το ίδιο σημείο), αν, και μόνο αν, οι ευθείες (δ ), (δ ) και (δ ) συντρέχουν Οι ευθείες (ε ) και (δ ) είναι συμμετρικές ως προς το κέντρο O του περιγεγραμμένου κύκλου του τριγώνου ABC, αφού το O είναι μέσο της AA Οι ευθείες (ε ) και (δ ) είναι συμμετρικές ως προς το κέντρο O του περιγεγραμμένου κύκλου του τριγώνου ABC, αφού το O είναι μέσο της BB
Οι ευθείες (ε ) και (δ ) είναι συμμετρικές ως προς το κέντρο O του περιγεγραμμένου κύκλου του τριγώνου ABC, αφού το O είναι μέσο της CC 0 Σύμφωνα με τη θεωρία, αν περιστρέψουμε μία ευθεία κατά 80 γύρω από το κέντρο συμμετρίας, τότε αυτή θα συμπέσει με τη συμμετρική της ευθεία, ως προς κέντρο το σημείο O Επομένως, οι ευθείες (ε ), (ε ) και (ε ) συντρέχουν, έστω στο σημείο K, αν, και μόνο αν, οι ευθείες (δ ), (δ ) και (δ ) συντρέχουν στο σημείο K, που είναι το συμμετρικό του σημείου K ως προς το σημείο O Σχήμα Παρατήρηση Το σημείο K ταυτίζεται με το ορθόκεντρο του τριγώνου ABC, αν, και μόνο αν, τα σημεία A,B, C είναι τα μέσα των πλευρών BC,AC, AB αντίστοιχα Στη περίπτωση αυτή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη γνωστή πρόταση: Τα συμμετρικά του ορθοκέντρου ως προς τα μέσα των πλευρών τριγώνου, βρίσκονται επάνω στο περιγεγραμμένο του κύκλο και είναι αντιδιαμετρικά των κορυφών του Πρόβλημα 4 Οι πραγματικοί αριθμοί x, y και z ικανοποιούν τις ισότητες: x y = 6z x y xy = 6 z (α) Να εκφράσετε τους x, y συναρτήσει του z (β) Αν επιπλέον ισχύει ότι x+ y+ z = 8, να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς x, y και z Πολλαπλασιάζουμε την δεύτερη ισότητα επί και την αφαιρούμε από την πρώτη, οπότε λαμβάνουμε Τότε η δεύτερη ισότητα γίνεται: x y = 8z x y = z ()
zxy 6 οπότε διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: (i) Έστω z 0 Τότε η () είναι ισοδύναμη με την σχέση xy = z, () Από τις () και (), προκύπτει η σχέση x( x z) = z x zx z = 0 x= z ή x= z, οπότε θα είναι x = z, y = z ή x= z, y = z (ii) Για z = 0 οι δύο πρώτες εξισώσεις γίνονται: ( x y)( x + xy+ y ) = 0 x y = 0 ή x = y = 0, xy ( x y) = 0 οπότε προκύπτει ότι: x = y, ανεξάρτητα από το z = z, () (β) Για x, zy z (,, ) (,,) = = η εξίσωση x+ y+ z = 8 γίνεται 8z = 8 z =, οπότε έχουμε ότι xyz =, ενώ για x = zy, = z, η εξίσωση γίνεται 4z= 8 z=, οπότε έχουμε ότι ( xyz,, ) = (,6, ) Για z = 0, είναι x = y, οπότε από την εξίσωση x+ y+ z = 8 προκύπτει ότι 8 8,, =,,0 ( xyz) Β Λυκείου Πρόβλημα Να προσδιορίσετε όλες τις τριάδες ( x, yz, ) πραγματικών αριθμών που είναι λύσεις του συστήματος: x + y = 65z x y+ xy = 0z x y+ z = 0 Πολλαπλασιάζουμε την δεύτερη εξίσωση επί και την προσθέτουμε στην πρώτη, οπότε λαμβάνουμε την εξίσωση x + y = 5z x+ y = 5z () Τότε η δεύτερη εξίσωση γίνεται 5zxy 0z οπότε διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: (i) Έστω z 0 Τότε από την εξίσωση () λαμβάνουμε: xy z Από τις () και (), προκύπτει η εξίσωση x( 5z x) = 4z x 5zx+ 4z = 0 x= 4z ή x= z, οπότε θα είναι x = 4 zy, = zή x= zy, = 4z =, () = 4 ()
Για x 4, zy z = = η τρίτη εξίσωση του συστήματος γίνεται 5z = 0 z =, οπότε το σύστημα έχει τη λύση (,, ) ( 8,,) xyz =, ενώ για x = z, y= 4z η τρίτη εξίσωση γίνεται z= 0 z= 0, οπότε το σύστημα έχει τη λύση ( xyz,, ) = ( 0, 40, 0) (ii) Για z = 0 οι δύο πρώτες εξισώσεις γίνονται: ( x+ y)( x xy+ y ) = 0 x + y = 0 ή x = y = 0 x = y, xy ( x + y) = 0 xyz,, = 5, 5, 0 οπότε από την τρίτη εξίσωση προκύπτει ότι Πρόβλημα Δίνεται οξυγώνιο και σκαληνό τρίγωνο ABC, K τυχόν σημείο στο εσωτερικό του και τα ύψη του AH, BH, CH Ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου AH H τέμνει την ημιευθεία AK στο σημείο K, ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου BHH τέμνει την ημιευθεία BK στο σημείο K και ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου CHH τέμνει τη ημιευθεία CK στο σημείο K Να αποδείξτε ότι τα σημεία K, K, K, H και K είναι ομοκυκλικά ( δηλαδή ανήκουν στον ίδιο κύκλο), όπου H είναι το ορθόκεντρο του τριγώνου ABC Έστω (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου AH H, (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου BH H και (c ) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου CH H Σχήμα 4 Το τετράπλευρο AH HH είναι εγγράψιμο, οπότε ο κύκλος (c ) περνάει από το σημείο H Το τετράπλευρο BH HH είναι εγγράψιμο, οπότε ο κύκλος (c ) περνάει από το σημείο H Το τετράπλευρο CH HH είναι εγγράψιμο, οπότε ο κύκλος (c ) περνάει από το σημείο H Τελικά, οι τρεις κύκλοι (c ), (c ) και (c ) περνάνε από το ορθόκεντρο H του τριγώνου ABC
Ο κύκλος (c ) έχει διάμετρο την AH, οπότε HK AK, δηλαδή το σημείο K ανήκει στο κύκλο διαμέτρου HK Όμοια αποδεικνύουμε ότι και τα σημεία K, K, ανήκουν στον ίδιο κύκλο Πρόβλημα Να αποδείξετε ότι η εξίσωση x x x αx + + =, α, έχει για κάθε α δύο διαφορετικές μεταξύ τους λύσεις στο σύνολο Για ποιες τιμές του α οι δύο ρίζες είναι ετερόσημες; Λόγω της ύπαρξης του x, διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: (i) Έστω x 0 Τότε η εξίσωση γίνεται: x + x+ x= αx, α x α + x+ = 0, α, () η οποία έχει διακρίνουσα ( α ) 4 ( α )( α ) Δ = + = + Άρα η εξίσωση () έχει πραγματικές ρίζες, όταν είναι α ή α Επειδή το γινόμενο των ριζών είναι P = > 0 οι ρίζες είναι ομόσημες, οπότε για να είναι και οι δύο θετικές πρέπει και αρκεί S = α + > 0 α > Επομένως έχουμε: Για α >, η εξίσωση () έχει δύο ακριβώς διαφορετικές θετικές ρίζες στο Για α =, η εξίσωση () έχει τη διπλή θετική ρίζα x = στο Για α <, η εξίσωση () δεν έχει μη αρνητικές ρίζες στο (ii) Έστω x < 0 Τότε η εξίσωση γίνεται: x + x+ + x= αx, α x α x+ = 0, α, () η οποία έχει διακρίνουσα ( α ) 4 ( α 5)( α ) Δ = = Άρα η εξίσωση () έχει πραγματικές ρίζες όταν είναι α ή α 5 Επειδή το γινόμενο των ριζών είναι P = > 0 οι ρίζες είναι ομόσημες, οπότε για να είναι και οι δύο αρνητικές πρέπει και αρκεί S = α < 0 α < Επομένως έχουμε: Για α <, η εξίσωση () έχει δύο ακριβώς διαφορετικές αρνητικές ρίζες στο Για α =, η εξίσωση () έχει τη διπλή αρνητική ρίζα x = στο Για α >, η εξίσωση () δεν έχει αρνητικές ρίζες στο Από τις περιπτώσεις () και () προκύπτει ότι η δεδομένη εξίσωση έχει, για κάθε α, δύο πραγματικές ρίζες διαφορετικές μεταξύ τους, οι οποίες είναι ετερόσημες για α = Πρόβλημα 4 Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς την εξίσωση Κατ αρχή παρατηρούμε ότι ισχύει: Αν θέσουμε x + x+ x + x+ = x+ a x x, b x x, x x + x+ > x + x+ > για κάθε x 0 και 0, = + + = + +, τότε λαμβάνουμε: ( ) a b = x + x+ x + x+ = x + x+ = x+, οπότε από τη δεδομένη εξίσωση προκύπτει η εξίσωση με αγνώστους ab,,
αφού είναι b 0 a b = a b ab b = b a b = a= b 4 5 0 4 5 0 4 5, Έτσι έχουμε την εξίσωση 4 x + x+ = 5 x + x+, της οποίας τα δύο μέλη είναι θετικά, για κάθε x, οπότε είναι ισοδύναμη με την εξίσωση 6 x + x+ = 5 x + x+ ± 7 7x + x+ 7= 0 x= 4 + 7 Με έλεγχο διαπιστώνουμε ότι η τιμή x = δεν επαληθεύει την εξίσωση, οπότε η μοναδική ρίζα της είναι η x = Αυτό θα μπορούσε να προκύψει και από τη σχέση 4 7 4 a b< 0 η οποία αληθεύει για κάθε x, οπότε πρέπει να είναι x < Πρόβλημα Γ Λυκείου * 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) ή ( k, ) = ( 4,5) ή ( k, ) = ( 5, 0) ή ( k, ) = ( 6,4) Επομένως, για k = 00 είναι a = 0, για k = 670 είναι a = 0, για k = 5 είναι a 4 = 0, για k = 0 είναι a 5 = 0και για k = 4 είναι a 6 = 0
Πρόβλημα Δίνεται οξυγώνιο και σκαληνό τρίγωνο ABC και έστω M, M, M τυχόντα σημεία των πλευρών του BC, ACAB,, 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 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 K είναι εγγράψιμο H
Από το εγγράψιμο τετράπλευρο BH H C έχουμε: ˆ ϕ = Bˆ Από το εγγεγραμμένο τετράπλευρο BM KH έχουμε: ˆ ω = 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 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 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 Σχήμα 6 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
Α τάξη Λυκείου Πρόβλημα (i) Να βρείτε τις τιμές των ρητών αριθμών α, β για τις οποίες ο αριθμός α + β 0 είναι ρητός 7 (ii) Να αποδείξετε ότι ο αριθμός x = 5 + είναι άρρητος (i) Κατ αρχή παρατηρούμε ότι για β = 0, ο αριθμός α + β 0 = α είναι ρητός, για κάθε ρητό αριθμό α Έστω ότι, για β 0, ο αριθμός ρ = α + β 0 είναι ρητός Τότε και ο αριθμός ρ α = ( α + β 0 ) α = β 0 ρ α θα είναι ρητός, αλλά και ο αριθμός = 0 θα είναι ρητός, που είναι άτοπο β Άρα ο αριθμός α + β 0 είναι ρητός, για β = 0 και για κάθε ρητό αριθμό α (ii) Έστω ότι ο αριθμός x = 5 + είναι ρητός Τότε και ο αριθμός x = 5 + = 5 + + 0 = + 0, 4 θα είναι ρητός, το οποίο είναι άτοπο, σύμφωνα με το (i) Πρόβλημα Να προσδιορίσετε τις λύσεις της εξίσωσης x = x + 4α, για τις διάφορες τιμές του πραγματικού αριθμού α Η δεδομένη εξίσωση είναι ισοδύναμη με την εξίσωση x 4 x + 4= x + 4α x 4 x + 4= x + 4α x = α Επειδή είναι x 0, για κάθε πραγματικό αριθμό x, διακρίνουμε τις περιπτώσεις: α <, οπότε είναι α > 0 Τότε η εξίσωση έχει δύο λύσεις: x= α ή x= α α =, οπότε η εξίσωση έχει μόνο τη λύση x = 0 α >, οπότε η εξίσωση είναι αδύνατη Πρόβλημα Δίνεται τρίγωνο ΑΒΓ και ευθεία ε που διέρχεται από την κορυφή του Α και είναι παράλληλη προς τη πλευρά ΒΓ Η διχοτόμος της γωνίας ˆΒ τέμνει την ευθεία ε στο σημείο Δ και έστω Ε το συμμετρικό του Δ ως προς τη κορυφή Α Από το Α τέλος θεωρούμε παράλληλη προς την ΕΒ η οποία τέμνει τη ΒΔ στο σημείο Μ και τη ΒΓ στο σημείο Κ Να αποδείξετε ότι : ΑΒ = ΒΚ = ΚΔ = ΔΑ
8 ˆ Επειδή είναι ΑΔ P ΒΓ θα ισχύει: ˆ ˆ Β Δ ˆ =Β = x = ˆ Επίσης η ΒΔ είναι διχοτόμος της γωνίας ˆΒ, οπότε θα ισχύει: ˆ ˆ Β Β ˆ =Β = x = ˆ Άρα ˆ ˆ Β Δ ˆ =Β = x = και κατά συνέπεια το τρίγωνο ΑΒΔ είναι ισοσκελές, δηλαδή: ΑΒ=ΑΔ () Σχήμα Επειδή Ε είναι το συμμετρικό του Δ ως προς το Α, θα ισχύει: ΑΔ=ΑΕ () Από τις σχέσεις (), () έχουμε ΑΕ = ΑΒ και κατά συνέπεια Ε ˆ ˆ =Β = ˆω Από το τρίγωνο τώρα ΒΕΔ έχουμε: Δ ˆ +Β ˆ ˆ ˆ +Β +Ε = 80 o o o xˆ+ ˆ ω = 80 xˆ+ ˆ ω = 90, δηλαδή το τρίγωνο ΒΕΔ είναι ορθογώνιο ( ΒΕ ΒΔ) και εφόσον ΑΜP ΒΕ καταλήγουμε: AM ΒΔ Στο ισοσκελές τρίγωνο ΒΑΔ η ΑΜ είναι ύψος, άρα και μεσοκάθετη της πλευράς ΒΔ Επειδή τώρα το σημείο Κ ανήκει στη μεσοκάθετη του ΒΔ, το τρίγωνο ΚΒΔ είναι ισοσκελές και ίσο με το ισοσκελές τρίγωνο ΑΒΔ (διότι ˆ ˆ Β ˆ Β =Β = και ΒΔ κοινή πλευρά) Άρα θα έχουν και ΑΒ = ΑΔ = ΒΚ = ΚΔ, οπότε το τετράπλευρο ΑΒΚΔ είναι ρόμβος Πρόβλημα 4 Να προσδιορίσετε τους πραγματικούς αριθμούς α, βγ, που ικανοποιούν τις ισότητες + + = 00 και + + = 5 67 α β γ αβ βγ γα Από τις δεδομένες ισότητες λαμβάνουμε ( α + β + γ) = 00 α + β + γ + ( αβ + βγ + γα) = 00 α + β + γ = 00 αβ + βγ + γα Άρα έχουμε α + β + γ = 00 5 67 00 00 00 α + β + γ = =
9 00 α + β + γ ( αβ + βγ + γα) = 00 = 0 0 α + β + γ αβ βγ γα = ( α + β + γ αβ βγ γα) = 0 ( α β) + ( β γ) + ( γ α) = 0 α β = β γ γ α = 0 α = β = γ, γιατί, αν ήταν α β 0 ή β γ 0 ή γ α 0, τότε θα είχαμε ( α β) ( β γ) ( γ α) + + > 0 Επομένως, από την ισότητα α + β + γ = 00 λαμβάνουμε α = β = γ = 670
0 Β τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς την εξίσωση ( x ) = x+ α, για τις διάφορες τιμές του πραγματικού αριθμού α Η δεδομένη εξίσωση είναι ισοδύναμη με την εξίσωση x x + = x+ α x x + x + α = 0 () Λόγω της παρουσίας της απόλυτης τιμής του x, διακρίνουμε τις περιπτώσεις: (i) x 0 Τότε η εξίσωση () είναι ισοδύναμη με την εξίσωση x 4x+ α = 0, () Δ = 6 4 α = 4 + α η οποία είναι δευτέρου βαθμού με διακρίνουσα Άρα η εξίσωση () έχει ρίζες στο, αν, και μόνον αν, α Για να διαπιστώσουμε πόσες από αυτές είναι δεκτές θεωρούμε το γινόμενο και το άθροισμα των ριζών που είναι Ρ= α και S= 4> 0 Έτσι, για την εξίσωση () έχουμε τις υποπεριπτώσεις: Αν α =, τότε η εξίσωση έχει μία διπλή ρίζα, x = Αν < α, τότε η εξίσωση έχει δύο ρίζες μη αρνητικές, x = ± + α Ειδικότερα, αν α =, τότε η εξίσωση έχει τις ρίζες x = 4 και x = 0 Αν α >, τότε η εξίσωση έχει μία μόνο ρίζα μη αρνητική, τη x = + + α (ii) x < 0 Τότε η εξίσωση () είναι ισοδύναμη με την εξίσωση x + α = 0, () η οποία έχει μία μόνο αρνητική ρίζα, τη x = α, αν α > Συνοπτικά, από τις δύο προηγούμενες περιπτώσεις, έχουμε για τη δεδομένη εξίσωση, τα α- κόλουθα συμπεράσματα: Αν α <, η εξίσωση δεν έχει ρίζες στο Αν α =, τότε η εξίσωση έχει μία διπλή ρίζα, x = Αν < α, τότε η εξίσωση έχει δύο ρίζες, x = ± + α Αν α >, τότε η εξίσωση έχει δύο ρίζες, τις x = + + α, x = α Πρόβλημα Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς το σύστημα: x + y + z = 8 x + y + z = 6 xy + xz = yz + Έχουμε x + y + z = 8 x + y + z = 8 x + y + z = 8 x + y + z = 6 ( x + y + z) ( xy + yz + zx) = 6 xy + yz + zx = 9 xy + xz = ( yz + ) xy + xz = ( yz + ) xy + xz = ( yz + )
x + y + z = 8 x + y + z = 8 x + y + z = 8 xy + yz + zx = 9 x y + z + yz = 9 x y + z + yz = 9 9 yz ( yz ) yz yz 8 0 yz = 6 ή yz = = + + = x + ( y + z) = 8 x + y + z = 8 x+ ( y + z) = 8 x+ ( y + z) = 8 x( y + z) + yz = 9 ή x y + z + yz = 9 x( y + z) = 6 ή x( y + z) = 5 yz = yz = 6 yz = yz = 6 x+ ( y + z) = 8 x+ ( y + z) = 8 x+ ( y + z) = 8 x+ ( y + z) = 8 x( 8 x) = 6 ή x( 8 x) = 5 x 8x+ 6= 0 ή x 8x+ 5= 0 yz = yz = 6 yz = yz = 6 x+ y + z = 8 x+ y + z = 8 x = 4 x= 4 ή x 8x+ 5= 0(αδύνατη στο ) y + z = 4 yz = yz = 6 yz = x = 4 x = 4 z = 4 y z = 4 y ( x, y, z) = ( 4,,) ή ( x, y, z) = ( 4,, ) y( 4 y) = y 4y+ = 0 Πρόβλημα Αν οι αβγ,, είναι θετικοί πραγματικοί αριθμοί με + + =, να αποδείξετε ότι: α β γ αβγ α +β γ β +γ α γ +α β + + < α +β β +γ γ +α Πότε ισχύει η ισότητα; Παρατηρούμε ότι ( α +β ) γ ( α+β)( α αβ+β ) γ ( α+β)( α +β ) γ = < = ( α+β) γ, () α +β α +β α +β α +β ( ( α+β) α +β γ α +β γ α+β)( α αβ+β ) γ = = ( α+β) γ () α +β α +β α +β Η ισότητα στη () ισχύει, αν, και μόνον αν, α= β Άρα έχουμε ( α +β ) γ ( α+β) γ < ( α+β) γ () α +β Ομοίως λαμβάνουμε ( β +γ ) α ( β + γ) α < ( β + γ) α, (4) β +γ ( γ +α ) β < γ +α β (5) ( γ +α) β γ +α Οι ισότητα στις (4) και (5) ισχύει αν, και μόνον αν, β = γκαιγ = α, αντίστοιχα Από τις (), (4) και (5) με πρόσθεση κατά μέλη λαμβάνουμε :
α +β γ β +γ α γ +α β αβ +βγ + γα + + < αβ +βγ + γα α +β β +γ γ +α Όμως από την υπόθεση έχουμε: + + = αβ+βγ+γα =, (7) α β γ αβγ οπότε από τις (6) και (7) προκύπτουν οι ζητούμενες ανισότητες Η ισότητα ισχύει αν, και μόνον αν, α= β= γ, οπότε από τη σχέση αβ+βγ+γα=, προκύ- πτει ότι α= β= γ = Παρατήρηση Η δεύτερη ανισότητα είναι γνήσια από την κατασκευή της άσκησης με τους αβγ,, θετικούς πραγματικούς αριθμούς, λόγω της ισότητας + + = Στην περίπτωση α β γ αβγ που επιτρέψουμε οι αβγ,, να είναι μη αρνητικοί πραγματικοί αριθμοί, δίνοντας στην παραπάνω ισότητα τη μορφή αβ + βγ + γα =, τότε η δεύτερη ανισότητα γίνεται α +β γ β +γ α γ +α β + +, α +β β +γ γ +α όπου η ισότητα ισχύει, αν, και μόνον αν, ένας μόνον από τους α, βγ, είναι μηδέν και οι άλλοι δύο αντίστροφοι Πρόβλημα 4 Δίνεται οξυγώνιο και σκαληνό τρίγωνο ΑΒΓ (με ΑΒ< AΓ) εγγεγραμμένο σε κύκλο () c με κέντρο O και ακτίνα R Από το σημείο Α φέρνουμε τις δύο εφαπτόμενες προς τον κύκλο ( c ), που έχει κέντρο το σημείο O και ακτίνα r = OM (M είναι το μέσο της BΓ ) Η μία εφαπτόμενη εφάπτεται στο κύκλο ( c ) στο σημείο T, τέμνει την ΒΓ στο σημείο Ν και το κύκλο () c στο σημείο N (θεωρούμε BN < BM ) Η άλλη εφαπτόμενη εφάπτεται στο κύκλο ( c ) στο σημείο Σ, τέμνει την ΒΓ στο σημείο K και το κύκλο () c στο σημείο K (θεωρούμε ΓK<ΓM) Να αποδείξετε ότι οι ευθείες BN, ΓΚ και AM περνάνε από το ίδιο σημείο (συντρέχουν) Οι χορδές AN, AΚ και ΒΓ του κύκλου ( c ), είναι εφαπτόμενες του κύκλου ( c ) στα σημεία ΤΣ, και Μ αντίστοιχα Άρα οι ακτίνες OΤ,ΟΣ και OΜ του κύκλου ( c ), είναι κάθετες προς τις χορδές AN, AΚ και ΒΓ του κύκλου ( c ) αντίστοιχα Δηλαδή οι ακτίνες OΤ,ΟΣ και OΜ του κύκλου ( c ), είναι τα αποστήματα που αντιστοιχούν στις χορδές AN, AΚ και ΒΓ του κύκλου ( c ) Τα αποστήματα OΤ,ΟΣ και OΜ είναι ίσα μεταξύ τους, αφού είναι ακτίνες του κύκλου ( c ) Άρα AN = AΚ = ΒΓ (*) και τα σημεία Τ, ΣΜ, είναι τα μέσα των χορδών AN, AΚ και ΒΓ, αντίστοιχα Από τους προηγούμενους συλλογισμούς, προκύπτουν οι παρακάτω ισότητες ευθυγράμμων τμημάτων: ΜΒ=ΜΓ=ΤΑ=ΤΝ =ΣΑ=ΣΚ () Το σημείο N βρίσκεται εκτός του κύκλου ( c ) και NM, NT είναι τα εφαπτόμενα τμήματα, οπότε NM = NT () Συνδυάζοντας τις σχέσεις () και () έχουμε: (6)
() : ΜΒ = ΤΝ (:) ΜΒ ΤΝ = ΤΜP ΒΝ () (): ΝΜ = ΝΤ ΜN ΝΤ Συνδυάζοντας και πάλι τις σχέσεις () και () έχουμε: () : ΜΓ = ΤΑ (:) ΜΓ ΤΑ = ΤΜ// ΑΓ (4) (): ΝΜ = ΝΤ ΝΜ ΝΤ Από τις () και (4) έχουμε ΒN Σχήμα 4 P ΑΓ Με ανάλογο τρόπο αποδεικνύουμε ότι ΓK P ΑΒ Αν λοιπόν Ρ είναι η τομή των ευθειών ΒN και ΓK, τότε το τετράπλευρο ΑΒΡΓ είναι παραλληλόγραμμο Άρα οι ευθείες ΒN, ΓK και ΑΜ θα συντρέχουν στο Ρ (*) Δύο χορδές ενός κύκλου είναι ίσες αν και μόνο αν τα αποστήματά τους είναι ίσα (Θεώρημα ΙΙΙ, Σελ46, του Σχολικού βιβλίου της ΕΜΕ)
4 Γ τάξη Λυκείου Πρόβλημα Αν οι αβγ,, είναι θετικοί πραγματικοί αριθμοί με άθροισμα, να αποδείξετε ότι: ( 4 ) ( 4 ) ( 4 ) α + β γ β + γ α γ + α 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:
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 = 5 5 5 5 5 x x =± x + xy = x = =± ή ή ή 7 Σ x y = x y = y = x x y x x 5 y = y = = 5 5 5 7 7 5 7 7 ( xy, ) = (,) ή ( xy, ) = (, ) ή ( xy, ) =, ή ( xy, ) =, 7 7 7 7 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 5
6 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
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 + 000 000 a = 000 ( k) + = 000 ( k) + k =, όπου k θετικός ακέραιος και *, > Τότε έχουμε + 000 + 000 000 = k 7 + 000 k = > 0, k Ά () + 000 000 Αν υποθέσουμε ότι > 000 > 00, τότε από τη σχέση () προκύπτει, ότι k ( 0,), άτοπο Αν υποθέσουμε ότι < 000 < 00, τότε έχουμε: + 000 000 00 k = = =, + 000 000 + 000 000 οπότε θα είναι 0< k <, που είναι άτοπο Άρα είναι = 000 = 00, οπότε από την () προκύπτει ότι k =
6 Πρόβλημα 4 Δίνονται τα πολυώνυμα P x x x x x = + + και Q( x) ( αx βx)( γx δ) = + + + 4, όπου α, βγδ,, Αν ισχύει ότι α + β + γ + δ =, να βρείτε τις τιμές των παραμέτρων α, βγδ,, για τις οποίες τα πολυώνυμα P( x) και Q( x ) είναι ίσα Έχουμε P x x x x x x x x x = + + = 4 = 4 5 + 4 και 4 Q x α x β x γ x δ αγ x βγ x αδ x βδ x Τα πολυώνυμα P( x) και = + + + 4= + + + + 4 Q x είναι ίσα, αν, και μόνον αν, ισχύουν αγ =, βγ = 0, αδ = 5, βδ = 0 { } { } β = 0 ή γ = 0, β = 0ή δ = 0, αγ =, αδ = 5 Οι τιμές γ = 0 και δ = 0 αποκλείονται γιατί δεν επαληθεύουν τις δύο τελευταίες εξισώσεις, 5 οπότε λαμβάνουμε β = 0, γ =, δ, α 0 α = α Από την εξίσωση α + β + γ + δ =, με α- ντικατάσταση των τιμών των β, γ και δ προκύπτει η εξίσωση 5 4 α + = α = α + α 4= 0 α + α = 0 α α α α α + + α = 0 α α + 4 = 0 α = 0 ή α + 4= 0 α = ή α = 4 Επομένως οι τιμές των παραμέτρων α, βγδ,, πρέπει και αρκεί να είναι 5 α =, β = 0, γ =, δ = 5 ή α = 4, β = 0, γ =, δ = 4 4 Α τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να βρείτε το υποσύνολο των πραγματικών αριθμών στο οποίο συναληθεύουν οι ανισώσεις: Έχουμε x x x + x x+ x x+ x+ + και + > 4 4 4 4 x x x + x + x + ( x ) x + x x x 4 4 x + x( x+ ) ( x+ ) + > x + + x( x + ) > ( x + ) 4 4 x+ + x + x> x + 4x+ 4 x> x< 4 4 4 4 Επομένως, οι δύο ανισώσεις συναληθεύουν στο διάστημα [ 4, ) = { x : 4 x< } Πρόβλημα Να προσδιορίσετε τις λύσεις της εξίσωσης
7 ( + ax) ( a + x) x + x ab = x a a b για τις διάφορες τιμές των πραγματικών αριθμών, ( a b) ab με ab( a b)( a ), 0 Για να ορίζονται οι δεδομένες παραστάσεις πρέπει να ισχύουν: x 0, a 0(υπόθεση) και a b(υπόθεση) x ± Για x ±, η δεδομένη εξίσωση είναι ισοδύναμη με την εξίσωση: x ( + ax a x) ab x ( a)( x) ab = = x ( a ) ( a b) x a a b ab x + x = a b x + a b x ab= 0 Επειδή είναι a b η τελευταία εξίσωση είναι δευτέρου βαθμού και έχει διακρίνουσα Δ= ( a b) 4 + 4ab( a b) = ( a b) ( a b) + 4ab = ( a b) ( a+ b) = ( a b ) 0 Άρα η εξίσωση έχει τις ρίζες (ίσες, αν a = b): a b + a b ab b b a b b x = = = = και a b a b a b a b x a b a b ab a a a b a = = = = a b a b a b a b Παρατηρούμε ότι: b b b b a a 0 και b b a a b b a = = = b a = = + =, a a = a = a b a = b και = a = b a b= 0 a b a b Επομένως, για τιμές των παραμέτρων ab, που ικανοποιούν τις υποθέσεις a 0, b 0, a b και a ±, έχουμε: Αν ( a b)( a b) 0, η εξίσωση έχει δύο ρίζες (ίσες με, αν a = b ): b a x = και x = a b a b Αν a = b, τότε η εξίσωση έχει μόνο τη ρίζα x = Αν b a =, τότε η εξίσωση έχει μόνο τη ρίζα x = Πρόβλημα Δίνεται ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ με ˆ Β= 90 και Α< ˆ 45 Θεωρούμε τα μέσα Δ και Ε των πλευρών ΒΓ και ΑΓ, αντίστοιχα, και σημείο Μ Α στο ευθύγραμμο τμήμα ΑΕ Αν η μεσοκάθετη του ευθύγραμμου τμήματος ΒΜ τέμνει την ευθεία ΔΕ στο Ζ και την ευθεία ΑΓ στο Θ, να αποδείξετε ότι: (α) ΒΜΖ ˆ = Α ˆ (β) Η ευθεία ΒΖ διχοτομεί τη γωνία ΘΒΕ ˆ
(α) Επειδή το Ζ ανήκει στη μεσοκάθετη του ΒΜ θα είναι ΖΒ = ΖΜ και ΒΜΖ ˆ = ΜΒΖ ˆ = ω Επειδή είναι ΔΕ ΑΒ και ΑΒ ΒΓ έπεται ότι ΔΕ ΒΓ, δηλαδή η ευθεία ΔΕ είναι μεσοκάθετη της πλευράς ΒΓ Αφού Ζ ΒΓ θα είναι ΖΒ=ΖΓ και ΖΒΓ ˆ = ΖΓΒ ˆ = ϕ Επειδή ΜΖ = ΒΖ = ΓΖ θα είναι και ΖΜΓ ˆ = ΖΓΜ ˆ = θ Από το τρίγωνο ΒΜΓ, λόγω των προηγούμενων ισοτήτων, έχουμε ˆ ˆ ˆ ΜΒΓ + ΒΓΜ + ΓΜΒ = 80 ω+ ϕ+ θ = 80 ω+ ϕ+ θ = 90 () Από το ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ λαμβάνουμε ˆ ϕ+ θ =Γ= 90 Αˆ () Από τις σχέσεις () και () με αφαίρεση κατά μέλη λαμβάνουμε: ΒΜΖ ˆ = ω = Α ˆ 8 Σχήμα (β) Επειδή το σημείο Θ ανήκει στη μεσοκάθετη του ΒΜ η ΘΖ είναι διχοτόμος της γωνίας ΒΘΕ ˆ Επίσης, επειδή η ΒΕ είναι διάμεσος του ορθογώνιου τριγώνου ΑΒΓ προς την υποτείνουσα, θα είναι ΒΕ = = ΕΓ, οπότε το τρίγωνο ΒΕΓ είναι ισοσκελές με την ΕΔ ύψος και ΑΓ διχοτόμο της γωνίας ΒΕΓ ˆ, άρα και της γωνίας ΒΕΘ ˆ Επομένως στο τρίγωνο ΒΘΕ το Ζ είναι το σημείο τομής των διχοτόμων του, οπότε και η ΒΖ διχοτομεί τη γωνία ΘΒΕ ˆ Πρόβλημα 4 Αν υπάρχουν ακέραιοι x, ya, που επαληθεύουν την εξίσωση yx + y a x + y y a = 0, να αποδείξετε ότι ο αριθμός xy είναι τέλειο τετράγωνο ρητού αριθμού Έστω ότι οι ακέραιοι,, x ya επαληθεύουν την εξίσωση: yx ( y a ) x y ( y a) + + = 0
Μετά τις πράξεις και αναδιάταξη των όρων η εξίσωση, ως προς άγνωστο το a, γράφεται: y x a y a+ y x + xy+ y = 0 Σύμφωνα με την υπόθεση, η εξίσωση αυτή με άγνωστο το a έχει ακέραια λύση, αλλά και ακέραιους συντελεστές Επομένως, η διακρίνουσα της είναι τέλειο τετράγωνο ακεραίου, δηλαδή υπάρχει κ τέτοιο, ώστε 4 Δ= 4y 4y y x x + xy+ y = 4y y y x = 4yx = xy x = κ κ Από την τελευταία ισότητα προκύπτει ότι: xy = x, όπου ο αριθμός κ είναι ρητός x Β τάξη Λυκείου Πρόβλημα Να προσδιορίσετε τις τιμές της παραμέτρου a 0 για τις οποίες η εξίσωση a + 6 =, a+ ax x x x 4x έχει δύο πραγματικές ρίζες με διαφορά 4 Μετά τις παραγοντοποιήσεις των όρων των κλασμάτων η εξίσωση γράφεται: ( a + ) + = () a x+ x x x x x+ Πρέπει να ισχύουν x 0, ±, δηλαδή η εξίσωση θα λυθεί στο σύνολο {,0, } Η εξίσωση () στο σύνολο {,0, } είναι ισοδύναμη τελικά με την εξίσωση x a x a a + + 4 = 0, η οποία έχει διακρίνουσα Δ= ( a + ) και ρίζες x = a+ και x a a+ {,0, } a { 4,,0} και a {,0,} a {,0, } = Επειδή και αφού από την υπόθεση είναι a 0, συμπεραίνουμε ότι η εξίσωση () έχει δύο ρίζες δεκτές, τις x = a και x = a, όταν είναι a, +,, 4 Επειδή είναι a+ ( a) = 4 a+ = 4 a+ = 4 ή a+ = 4 a = ή a =, η τιμή του a που ζητάμε είναι η a = Πρόβλημα Αν y ακέραιος και x, να προσδιορίσετε όλα τα ζευγάρια (, ) συστήματος 9 x y που είναι λύσεις του + y x x+ > 0 ( Σ ) y + x < 0 Να παραστήσετε γραφικά στο Καρτεσιανό επίπεδο Oxy, το σύνολο των σημείων ( x, y) όπου ( x, y ) λύση του συστήματος (Σ) Μ,
0 Έχουμε + y x x+ > 0 + y > x x+ 0, y + x < 0 y < x 0 Από τις δύο τελευταίες εξισώσεις προκύπτει ότι: + y > 0 και y < 0 < y< Επομένως οι δυνατές τιμές του y είναι y = 0 ή y = Για y = 0, το σύστημα γίνεται: x x+ < < x x+ < x x+ > 0 και x x< 0 x < < x < < x < ( x< ή x> ) και 0< x< 0< x< ή < x< 0< x < 4 Για y =, το σύστημα γίνεται: x x+ < < x x+ < x x+ > 0 και x x < 0 x < < x < < x< + < x < < x < < x < Για τη γεωμετρική αναπαράσταση του συνόλου των λύσεων του συστήματος έχουμε: Σχήμα 4 Πρόβλημα Δίνεται οξυγώνιο σκαληνό τρίγωνο ΑΒΓ με ΑΒ<ΑΓ, εγγεγραμμένο σε κύκλο cor (, ) Η διχοτόμος της γωνίας ˆΑ τέμνει τον κύκλο cor (, ) στο σημείο Μ Ο κύκλος c (, ) ΜΑΜ τέμνει την προέκταση της ΑΓ στο σημείο Δ Να αποδείξετε ότι ΓΔ=ΑΒ ( ος τρόπος)
Έστω Ε το δεύτερο κοινό σημείο των περιφερειών ( c ) και ( c ) Τότε η ΑΕ είναι η κοινή χορδή των δύο κύκλων, άρα η ΟΜ είναι μεσοκάθετη της ΑΕ Το Μ είναι το μέσο του τόξου ΒΓ (διότι η ΑΜ είναι διχοτόμος της γωνίας ˆΑ ) Άρα η ΟΜ είναι μεσοκάθετη και της ΒΓ Επειδή οι χορδές ΒΓ και ΑΕ έχουν την ΟΜ κοινή μεσοκάθετη, συμπεραίνουμε ότι το τετράπλευρο ΑΒΓΕ είναι ισοσκελές τραπέζιο, οπότε: ΑΒ=ΕΓ () Το τρίγωνο ΜΑΔ είναι ισοσκελές, αφού ΜΑ=ΜΔ ως ακτίνες του κύκλου ( c ) Άρα είναι ˆ ˆ Α ˆ ˆ Α =Δ = Ισχύει επίσης ˆ ˆ Α Α =Ε = (εγγεγραμμένες στον κύκλο ( c ) και βαίνουν στο τόξο ΜΓ ) Σχήμα 5 ˆ Από τις τελευταίες ισότητες γωνιών συμπεραίνουμε ότι ˆ ˆ Α Ε =Δ = και σε συνδυασμό με την ισότητα ΜΔΕ ˆ = ΜΕΔ ˆ (που προκύπτει από το ισοσκελές τρίγωνο ΜΔΕ ), καταλήγουμε στην ισότητα των γωνιών ΓΔΕ ˆ = ΓΕΔ ˆ και στην ισότητα των ευθυγράμμων τμημάτων: ΕΓ=ΔΓ () Από τις σχέσεις () και () έχουμε το ζητούμενο ος Τρόπος Το τρίγωνο ΑΜΔ είναι ισοσκελές (ΜΑ=ΜΔ ακτίνες του κύκλου ( c )) Η ΑΜ είναι διχοτόμος της γωνίας ˆΑ, οπότε έχουμε: ˆ ˆ ˆ ˆ Α Α =Α =Δ = () Από το ισοσκελές τρίγωνο ΑΜΔ, έχουμε: ˆ ˆ o ˆ ˆ o Μ ˆ ˆ + ω =ΑΜΔ= 80 Α Δ = 80 Α ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ 80 o o Μ + ω = Α Μ ˆ = 80 Α ω (4) Επίσης, ισχύουν οι ισότητες γωνιών: Β= ˆ ˆω (είναι εγγεγραμμένες στο κύκλο ( c ) και βαίνουν στο ίδιο τόξο)
Μ ˆ ˆ =Γ(είναι εγγεγραμμένες στο κύκλο ( c ) και βαίνουν στο ίδιο τόξο) Άρα έχουμε Μ ˆ = 80 o Α Β=Γ=Μ ˆ ˆ ˆ ˆ (5) Σχήμα 6 Από τις ισότητες: Μ ˆ ˆ =Μ, ΜΒ = ΜΓ (διότι το Μ είναι μέσο του τόξου ΒΓ ) και ΜΑ = ΜΔ (διότι ΜΑ, ΜΔ ακτίνες του κύκλου ( c )), συμπεραίνουμε ότι τα τρίγωνα ΜΑΒ και ΜΔΓ (*) είναι ίσα, οπότε ΓΔ = ΑΒ (*) Η ισότητα των τριγώνων, μπορεί να αποδειχθεί και με άλλους τρόπους Παρατηρήσεις Διαφορετικά, θα μπορούσαμε να αποδείξουμε ότι τα σημεία Μ, Γ και το μέσο της ΔΕ είναι συνευθειακά Ο κύκλος ( c ) τέμνει και τη προέκταση της ΑΒ Αν ονομάσουμε Λ το σημείο τομής, τότε θα ισχύει ΒΛ = ΑΓ Έτσι δημιουργείτε το ισοσκελές τρίγωνο ΑΔΛ με ΑΔ = ΑΛ = ΑΒ + ΑΓ και στη συνέχεια, μπορούμε να αποδείξουμε ότι ΑΜ ΔΛ Πρόβλημα 4 Βρείτε όλες τις ρητές τιμές του x για τις οποίες είναι ρητός ο αριθμός ab, ρητοί τέτοιοι ώστε a < 4b x + ax + b, όπου Επειδή από υπόθεση a 4b< 0, έπεται ότι x + ax+ b> 0, για κάθε x Αν υποθέσουμε ότι οι αριθμοί x, x + ax + b = y είναι και οι δύο ρητοί, τότε και η διαφορά τους y x= r θα είναι ρητός Έτσι έχουμε εφόσον + + = + + = + + + = + r b + =, a r a a r και x+ r 0 ή ισοδύναμα, εφόσον r > x ax b x r x ax b x r x ax b x rx r x Αντίστροφα, αν είναι r b a x=, όπου r ρητός με r >, τότε έχουμε a r
( r ar+ b) 4 r b r b r ar + a r + br abr + b x + ax+ b= + a + b= = a r a r a r a r οπότε, αφού από υπόθεση a 4b< 0, θα είναι r ar+ b r ar+ b a y = x + ax+ b = =, r >, a r r a δηλαδή ο y είναι ρητός, 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 =,,, ( 8c ) ω = 0 και ( c )( α ω) = 0 8c = 0 και c ή α ω = 0 c=, ω = α, 8 αφού 0 α, α,5 α,, ν α, ω Επομένως η αριθμητική πρόοδος που ζητάμε είναι η: Διαφορετικά, στην ισότητα ( 8c ) ων ( c )( α ω) 0 + =, που ισχύει για κάθε ν =,,, μπορούμε να θεωρήσουμε ν = και ν = και να αφαιρέσουμε κατά μέλη τις ισότητες που προκύπτουν, οπότε λαμβάνουμε ( 8c ) ω = 0 και από αυτή ( c )( α ω) = 0, οπότε έχουμε πάλι το σύστημα: ( 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:
4 Πρόβλημα Να λύσετε στους πραγματικούς αριθμούς το σύστημα: 4 4 4 8 8 8 x = z, y = x, z = y 4 4 4 6 + z 6 + x 6 + y Παρατηρούμε ότι 4 8z 8z 8z x = = z z,αφού ισχύει :, 4 6 + 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) = 0 6 + 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
5 Σχήμα 7 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