BIBLIOTEKA SIGMA Pavle M. Mili~i} RAVENSTVA RAVENKI IDENTITETI IDENTI^NI TRANSFORMACII zbirka nestandardni re{eni zada~i Skopje, 2013 Издавач: Сојуз на математичари на Македонија Претседател: Алекса Малчески Рецензенти м-р Павел Димовски, Технолошко-Металуршки факултет-Скопје м-р Бојан Прангоски, Машински факултет-Скопје CIP - Каталогизација во публикација Национална и универзитетска библиотека "Св. Климент Охридски", Скопје 511/512.1(076)(075.3) Павле Миличиќ ИДЕНТИЧНИ трансформации : (збирка нестандардни решени задачи). 2. изд. - Скопје : Сојуз на математичари на Македонија, 2013. - 112 стр. : табели ; 24 см. ISBN 978-9989-646-43-0 а) Елементарна математика - Трансформации - Идентитети - Задачи за основно и средно образование COBISS.MK-ID 93773322 Печати: АЛФА 94, Скопје Тираж 1200 примероци PREDGOVOR Ovaa zbirka zada~i se razlikuva od postoe~kite zbirki zada~i za sredno obrazovanie i ne e nameneta za ve`bawe na zada~i od posebni oblasti od matematikata. Pred vas e zbirka kompletno re{eni zada~i, koja opfa}a razli~ni sodr`ini od matematika, prete`no od treta i ~etvrta godina od srednoto obrazovanie. Se prepora~uva i za u~enicite od site godini od srednoto obrazovanie, nivnite profesori kako i na studentite po matematika. Vo nejzinoto sozdavawe i komponirawe, vlo`eno e ~etiriesetgodi{noto iskustvo na avtorot za odbirawe i re{avawe na razni matemati~ki zada~i. Zbirkata e sostavena od raznovidni, nestandardni zada~i, prete`no na povisoko nivo, koe bara znaewa od razni oblasti na elementarnata matematika. Me|utoa, vo skoro site prilo`eni re{enija, na predlo`enite zada~i, se koristi identi~no transformirawe na izrazi i formuli. Ottuka e i naslovot na zbirkata. Imeno, mnogu zada~i, na prv pogled te{ki, se poednostavuvaat ako ravenstvoto, ili neravenstvoto, poznatite ili nepoznatite elementi vo niv, se napi{at vo drug oblik, odnosno ako nekoi izrazi koi figuriraat vo zada~ata, identi~no se transformiraat vo oblik od koj re{enieto e o~igledno. Su{tinata na tvrdeweto stanuva o~igledna ako se najde dobar identi~en oblik na osnovniot element vo toa tvrdewe. A tvrdewata mo`at da bidat mnogu razli~ni: po~nuvaj}i od razlo`uvawe na algebarski izrazi na prosti mno`iteli, re{avawe na ravenki, neravenki, delivost na broevi i polinomi, tvdewa koi se doka`uvaat so metodot na matemati~ka indukcija, do razni problemi od geometrija. Zna~i, vo zbirkata se sodr`at zada~i ~ii re{enija kako presuden ~ekor koristat identi~ni transformacii na izrazi. Osnovna ideja na zbirkata e da se uka`e na plodotvornosta na identi~nite transformacii vo matematikata. Toj koj {to dobro }e gi sovlada ovie transformacii, sigurno }e bide (ili ve}e é) kreativen matemati~ar. Mislam deka prilo`enite re{enija se pou~ni i ubavi. Zaradi toa tie se dadeni vedna{ posle formulacijata na zada~ata, so `elba, korisnikot na zbirkata da nau~i korisni transformacii na izrazi, koi ovozmo`uvaat polesni re{enija na razni zada~i. Zada~ite, pokraj originalnite, poteknuvaat od razni konkursi i natprevari kako vo zemjata taka i od razni drugi zemji. Vo zbirkata se i zada~ite od zbirkata: P. M. Mili~i} “Ednakvosti, identi~ni transformacii”, Materijal za mladi matemati~ari, kniga 1, vo izdanie na Dru{tvoto na matemati~ari, fizi~ari i astronomi na SR Srbija izdadena 1964 godina. Belgrad, 2000 P.M. Mili~i} PREDGOVOR NA PREVEDUVA^OT Pred vas se nao|a zbirka so retka sodr`ina i kompozicija, kakva {to nema na na{ite prostori. Ova e originalna rabota na avtorot, koja retko mo`e da se sretne vo pe~atenata literatura po matematika, koj sekako za da sozdade vakvo delo potro{il mnogu vreme. Dolgogodi{noto iskustvo na avtorot vo matematikata i vnimatelno odbirawe na zada~ite e skoncentrirano na stranicite koi sleduvaat i ovaa kniga }e pretstavuva ubavo ~etivo za mladite matemati~ari i site qubiteli na matematikata. Zbirkata obiluva so niza zada~i i serii zada~i od razli~ni podra~ja na elementarnata matematika, pri {to nekoi od niv se suptilni matemati~ki problemi. Nivnoto re{avawe bara soodvetna prethodna podgotovka. Poslo`enite problemi, prezentirani kako zada~i, za ~ie re{avawe vo matematikata se koristat i posofisticirani matemati~ki aparati, so nizi od identi~ni elementarni transformacii se sveduvaat na ednostavni matemati~ki zada~i koi lesno se re{avaat. Toa e i bitta na knigata, da se poka`e mo}ta na identi~noto transformirawe na izrazite i matemati~kite objekti za polesno re{avawe na matemati~kite problemi. Zbirkata ne e nameneta za edna oblast od elementarnata matematika, tuku se razgledani identi~nite tranasformacii vo skoro site oblasti od elementarnata mateamtika. So sekoe delewe na oblasti knigata bi ja izgubila smislata i ubavinata. Ubavinata na ovaa kniga e i vo toa {to istata ne e nameneta za definiran stepen na obrazovanie, tuku taa e korisna kako za onie koi u~at matematika, taka i za site na koi matematikata im e profesija. Odredeni metodi vo re{avaweto na zada~ite mo`e da se primenuvaat kako idei za re{avawe na poslo`eni matemati~ki problemi koi gi nema vo ovaa kniga. Sekoj ~itatel koj seriozno }e pristapi na re{avawe na zada~ite od zbirkata }e stekne mo} i navika za pravilen pristap kon re{avawe na drugi matemati~ki problemi kako i na razni problemi od drugi oblasti koi vo svojot predmet imaat dopir so matematikata. Prevel Skopje, april, 2013 Aleksa Mal~eski Идентични трансформации 1 Dali se to~ni slednite tvrdewa? ( x + 2 )2 ≡ x + 2 , a) b) 3 ( x + 2 )3 ≡ x + 2 , c ) x ≡1, x x( x 2 − 1 ) = x d) x 2 −1 . a ) Ne, bidej}i levata strana e sekoga{ nenegativna, a desnata strana mo`e da bide ñ negativna (ako x < −2 ). Izrazot ( x + 2) 2 ≡ x + 2 e identitet. b ) Da. Tret koren postoi i vo slu~aj koga potkorenovata veli~ina e negativna. c ) Ne. Za x = 0 levata strana ne e definirana, a desnata ima vrednost 1 . d ) Ne. Desnata strana postoi za x ≥ 1 , a levata strana za x ≤ −1 ili x ≥ 1 , t.e. x ∈ ( −∞, −1] ∪ [1, +∞ ) . 2 Dali a ) log x 2 ≡ 2 log x, b ) 2 log 2 x ≡ x , c ) 1 − sin 2 x ≡ cos x − sin x , ( ) d) xx x ≡ x (x ) ? x a ) Ne. Levata strana postoi za sekoj x ≠ 0 , a desnata va`i samo za x > 0 . Ravenstvo va`i samo za x > 0 . b ) Ne. Desnata strana postoi za sekoj x , a levata strana postoi samo za x > 0 . c ) Da. Za potkorenovata veli~ina e ispolneto 1 − sin 2 x ≡ sin 2 x + cos 2 x − 2 sin x cos x ≡ (cos x − sin x )2 . d ) Ne. Levata strana e ednakva na desnata strana edinstveno za x = 1 ili x = 2 . (Zapisot napi{i go vo ekvivalenten oblik x x ≡ x (x ). Ako ovoj zapis go razgleduvame kako eksponencijalna ravenka, dobivame 2 x x = 1 ili x 2 = x x . Re{enija na poslednata ravenka se x = 1 ili x = 2 . (Gi dobivame kako posledica na ednakvost na stepeni so ista osnova.) 33 Идентични трансформации Realnite broevi x kπ , k se edinstveni za koi funkcijata ne 2 e opredelena. Za site ostanati vrednosti na x imame tg x cos x tg x tg x cos x 1 y . ctg x sin x ctg x ctg x sin x 1 Ne mo`e da se ispolneti ravenstvata sin x = 0 i cos x = −1 , a ne mo`e da se ispolneti ni ravenstvata cos x = 0 i sin x = −1 , vo isto vreme. Zaradi toa, za dopu{tenite vrednosti x , cos x + 1 > 0 i sin x + 1 > 0, {to zna~i deka y > 0. 252 Odredi ja minimalnata vrednost na funkcijata y = x 2 + x +1 + x 2 − x +1 , x . Lesno se doka`uva deka funkciite f ( x) = x 2 + x + 1 i g ( x) = x 2 − x + 1 se pozitivni za bilo koja vrednost na x (nemaat realni nuli). Zatoa funkcijata y = f ( x ) + g ( x ) e pozitivna za bilo koja vrednost na x . Spored toa y e minimalno za onaa vrednost na x , za koja y 2 e minimalno. Bidej}i y 2 = x 2 + x + 1 + 2 ( x 2 + x + 1)( x 2 − x + 1) + x 2 − x + 1 = 2( x 2 + 1 + x 4 + x 2 + 1 ), y 2 e minimalen koga x = 0 . Spored toa, minimalnata vrednost na y e y( 0 ) = 2 . 253 Doka`i deka x = 3 x= = 3 7 + 5 2 .( 2 − 1 ) 4+2 3 − 3 7 + 5 2 ⋅ 3 ( 2 − 1) 3 ( 3)2 + 2 3 + 1 − 3 3 (5 2 + 7 ).(5 2 − 7 ) 3 +1− 3 = = 3 e priroden broj, i najdi go. 3 ( 7 + 5 2 ) ⋅ ( 2 2 − 6 + 3 2 − 1) ( 3 + 1) 2 − 3 50 − 49 =1 1 254 Dali x = 3 6 + 847 + 3 6 − 847 e priroden broj? Vo slu~aj na potvrden 27 27 odgovor najdi go. Ako stepenuvame na treti stepen dobivame 107 Идентични трансформации x 3 = 12 + 33 6 + 847 6 − 847 ⋅ ( 27 27 3 6 + 847 + 3 6 − 847 27 27 ) = 12 + 33 36 − 847 ⋅ x 27 Ako go sredime posledniot izraz dobivame x 3 − 5 x − 12 = 0. Edinstveno realno re{enie na ovaa ravenka e x = 3 . 255 x x Re{i ja ravenkata 2 + 3 + 2 − 3 = 2 x . Dadenata ravenka e ekvivalentna so ravenkata x x 2+ 3 2− 3 + =1⇔ 2 2 x x x 1 3 1 3 + + − =1⇔ 2 4 2 4 x 1+ 3 / 2 1− 3 / 2 + ⇔ 1 + cos 30 ⇔ 2 2 2 x + 1 − cos 30 2 x =1⇔ ⇔ cos x 15 + sin x 15 = 1 ⇒ x = 2 . 256 Najdi gi celobrojnite re{enija na sistemot ravenki x 3 + y 3 + z 3 = 3, x + y + z = 3. Od dadenite ravenki dobivame ( x + y + z ) 3 − ( x 3 + y 3 + z 3 ) = 3 3 − 3 = 24. Ako steppenuvame na treti stepen i ja sredime levata strana dobivame ( x + y )( x + z )( y + z ) = 8. Bidej}i x + y , x + z , y + z se celi broevi, tie se deliteli na brojot 8 . Zna~i, x + y = 3 − z mora da bide eden od broevite ± 1 , ± 2 , ± 4 , ± 8 . So direktna proverka dobivame deka celobrojni re{enija na dadeniot sistem se slednite podredeni trojki celi broevi ( 1 , 1 , 1 ) , ( − 5 , 4 , 4 ) , ( 4, − 5, 4) , ( 4, 4, − 5) . 257 Nizata broevi a n e definirana so: a1 = a 2 = 1, a3 = −1 i a n = a n −1 ⋅ a n −3 za n > 3 . Najdi go a 2000 . a 4 = a3 ⋅ a1 = −1, 108 a5 = a 4 ⋅ a 2 = −1, a 6 = a5 ⋅ a3 = 1, ... Идентични трансформации Lesno se gleda deka a n 2 = 1. Zaradi toa a n = a n − 2 a n −3 a n − 4 = ( a n −3 ) 2 a n − 4 a n −5 = 1 ⋅ a n − 4 a n −5 = ( a n −5 ) 2 a n − 7 = a n − 7 . Spored toa a 2000 = a 7⋅285+5 = a5 = −1. 258 Dali postoi polinom P = P ( x ) so realni koeficijenti, takov {to, za sekoj x od nekoj interval ( α , β ), α < β , P (sin x ) = sin 2 x ? Neka P (sin x ) = sin 2 x , za sekoj x od (α , β ). Voveduvame oznaka sin x = y. Toga{ ravenstvata sin 2 x = 2 sin x cos x = ±2 sin x 1 − sin 2 x , impliciraat ravenstvo P ( y ) = ±2 y 1 − y 2 za nekoj y od nekoj interval (γ , δ ). Toa zna~i deka Q ( y ) = P 2 ( y ) − 4 y 2 + 4 y 4 = 0 , za sekoj y od intervalot (γ , δ ). Zna~i, polinomot Q ima beskone~no nuli na (γ , δ ) . Spored toa ovoj polinom e identi~ki ednakov na nula, a toa zna~i P 2 ( y ) = −4 y 4 + 4 y 2 . Spored toa postojat realni broevi a i b takvi {to P ( y ) = ay 2 + by ⇒ P 2 ( y ) = a 2 y 4 + 2 aby 3 + b 2 y 2 = − 4 y 4 + 4 y 2 ⇒ a 2 = −4 . Zaradi dobienata kontradikcija toa ne e mo`no. Zna~i, polinom so takvi svojstva ne postoi. 259 a ) Izrazi ja dol`inata na stranata na pravilen mnoguagolnik so 2 n strani, i so radius na opi{anata kru`nica ednakva na 1 , kako funkcija od brojot n . b ) Vo {to preminuva perimetarot na toj mnoguagolnik koga n neograni~eno raste (koga n → ∞ )? c ) Zapi{i go vo oblik na ravenstvo odgovorot na vtoroto pra{awe (t.e. pra{aweto od b ) ). d ) Doka`i deka lim n→∞ koreni i n dvojki). 2 + 2 + ... + 2 = 2 (na levata strana ima n a ) Lesno se proveruva deka pravilen mnoguagolnik so 2 n strani, i radius na opi{anata kru`nica R , ima dol`ina na strana a = 2 R sin πn . Vo na{iot slu~aj a = 2 sin πn . 2 2 b ) Vo kru`nica so radius 1 nejziniot perimetar 2 n ⋅ 2 sin πn 2 preminuva vo perimetar na dobienata kru`nica t.e. vo 2π . 109 Идентични трансформации c ) 2π = lim n→∞ ( 2 n ⋅ 2 sin πn ), t.e. π = lim n→∞ ( 2 n sin πn ). 2 2 d ) Bidej}i cos πn → 1 koga n → ∞, spored a ) od zada~a 176 se 2 dobiva baranoto ravenstvo. 260 Ako a , b, c se pozitivni realni broevi, doka`i deka a b c a b c a +b + c ≥ ( abc ) 3 . Dadenoto neravenstvo e ekvivalentno so neravenstvata a log a + b log b + c log c ≥ 1 ( a + b + c ) log abc ⇔ 3 3( a log a + b log b + c log c ) ≥ ( a + b + c )(log a + log b + log c ) ⇔ ( a − b )(log a − log b ) + ( a − c )(log a − log c ) + (b − c )(log b − log c ) ≥ 0 . Bidej}i x log x e strogo raste~ka funkcija, ( a − b )(log a − log b ) ≥ 0, odnosno sekoj sobirok vo prethodnoto neravenstvo e nenegativen, pa i nivniot zbir e nenegativen. Zaradi koristenite ekvivalentni neravenstva i po~etnoto neravenstvo e to~no. 261 Re{i ja ravenkata tg(ctg x) ctg(tg x) 0. Ravenkata e ekvivalentna so ravenkata tg ( ctgx ) = tg π − tgx . 2 Ottuka ctgx = π − tgx + kπ , k ∈ Z . Sleden ekvivalenten oblik e 2 π 4 ctgx + tgx = + kπ ⇔ cos x + sin x = π + kπ ⇔ 2 = π + kπ ⇔ sin 2 x = . 2 sin x cos x 2 π (1 + 4 k ) sin 2 x 2 Ovaa ravenka ima re{enija ako 4 16 −1 ≤ ≤1⇔ ≤ 1 ⇔ 2 k + 1 + 4 2 k + 1 − 4 ≥ 0. 2 2 π (1 + 2 k ) π π ( 2 k + 1) π Poslednoto neravenstvo e ispolneto za sekoj k ∈ Z osven za k = 0 i k = −1 . Toa zna~i deka re{enijata na po~etnata ravenka se dobivaat 4 , za k ≠ 0 i k ≠ −1. kako re{enija na ravenkata sin 2 x = π (1 + 2 k ) 262 Re{i ja ravenkata 2x ⋅ 110 x = 24. x −1 Идентични трансформации x ( x − 1) Bidej}i x = , ravenkata e ekvivalentna so 2 2 x ( x − 1) x ⋅ = 24 ⇒ x 2 = 48 ⇒ x = ±4 3 . 2 x −1 263 Za daden pozitiven broj n najdi pozitivni broevi x i y takvi {to x x+ y = y n , y x+ y = x 2 n y n . Ako gi pomno`ime ovie dve ravenki dobivame ( xy ) x + y = ( xy ) 2n . Spored toa, mo`ni se dva slu~ai i toa: 1 x+ a ) xy = 1 ⇒ y = 1 ⇒ x x = x − n ⇒ x = 1, y = 1. x b ) xy ≠ 1 ⇒ x + y = 2 n ⇒ x 2 n = y n ⇒ x 2 = y ⇒ x + x 2 = 2 n ⇒ x = 12 ( −1 + 8n + 1 ) . 264 Re{i ja ravenkata x ! + y ! = z ! . Jasno e deka x < z i y < z. Neka x !< y ! , toga{ vo ravenkata x ! = z !− y ! desnata strana e deliva so y ! no levata ne e, {to ne e mo`no. Analogno se poka`uva deka ne e mo`no y !< x ! . Edinstvena mo`nost e x ! = y ! , pa ravenkata se sveduva na 2 x ! = z !. Od ovde dobivame 2 = ( x + 1) ⋅ ( x + 2) ⋅ ⋅ ⋅ z. Bidej}i x i y se nenegativni celi broevi, ispolnet e uslovot x ≤ 1. Zemaj}i za x , 0 ili 1 , lesno zaklu~uvame deka re{enija na ravenkata se: ( 0 ,0, 2) , ( 0 ,1, 2) , ( 1 ,0, 2) , ( 1 ,1, 2) . 265 Brojot a = 4 n + 3 , n ne e kvadrat na priroden broj. Doka`i! Da pretpostavime sprotivno, t.e. deka postoi priroden broj m takov {to 4 n + 3 = m 2 za nekoj priroden broj n . Neka m = a 0 10 0 + a1101 + ... + a k 10 k , kade a i ∈ {0,1, 2,...,9}. Bidej}i m 2 e neparen broj imame a 0 ∈ {1, 2,3,5,7,9}. Spored toa m 2 = a 0 2 + a1 2 10 2 + a 2 2 10 4 + ... + a k 2 10 2 k + 20( a 0 a1 + 10 a 0 a 2 + ... + 10 2 k a k −1 a k ) = a 0 2 + 20l , l ∈ N . Vo ravenstvoto a 0 2 + 20l = 4 n + 3 zamenuvaj}i posledovatelno a 0 = 1, a 0 = 3, ... , a 0 = 9 sekoga{ se dobiva nevozmo`no ravenstvo. Na ednata 111 Идентични трансформации strana se dobiva paren broj, a na drugata se dobiva neparen broj. Toa zna~i deka 4 n + 3 ne e kvadrat ni za eden priroden broj n . 266 Neka n prirodan broj. Doka`i deka nitu edna od kru`nicite x 2 + y 2 = 4 n ne minuva niz to~ka so celobrojni koordinati, koja ne e na x -oska ili na y -oska. Za fiksen priroden broj n , dadenata kru`nica minuva niz to~kite so celobrojni koordinati ( ±2 n ,0) i ( 0, ±2 n ). Da pretpostavime deka postoi celobroen par ( x , y ) koj ja zadovoluva ravenkata i za koj x < 2 n , y < 2 n . Ne e mo`no ednata koordinata da bide paren, a drugata neparen broj. (Toga{ levata strana na ravenkata bi bila neparen broj, a desnata paren broj). Isto taka ne e mo`no dvete koordinati da bidat neparni broevi. Imeno, ako x = 2 p + 1, y = 2 q + 1, ( p , q ∈ Z ) , toga{ x 2 + y 2 = 2[ 2( p 2 + q 2 + p + q ) + 1] , pa spored toa 2( p 2 + q 2 + p + q ) + 1 = 2 2 n −1 {to ne e mo`no. Da pretpostavime deka dvete koordinati se parni celi broevi. Toga{ postojat neparni celi broevi a i b i priroden broj k , ( k < n ) takvi {to x = 2 k a , y = 2 k b. Vo toj slu~aj po~etnoto ravenstvo go dobiva oblikot a 2 + b 2 = 2 2 ( n − k ) koe, kako {to vidovme, ne e ispolneto za nituedni a i b . 267 Neka n i k se prirodni broevi, k ≤ n . Doka`i gi ravenstvata: a ) 333...3 ⋅ 333...3 = 111...1 0 999...9 888...8 9 (Levata strana e proizn k k −1 n− k k −1 vod na dva prirodni broja ~ii cifri se trojki, prviot broj e sostaven od n trojki, a vtoriot od k trojki; na desnata strana i.t. e eden priroden broj so oznaka kolku ima edinici vo kontinuitet, devetki vo kontinuitet i osumki vo kontinuitet). b ) 666...6 ⋅ 666...6 = 444...4 3 999...9 555...5 6 (M.I.Levin). n k k −1 n− k k −1 a ) L = 3 ⋅ (10 0 + 101 + 10 2 + ... + 10 n −1 ) ⋅ 3 ⋅ (10 0 + 101 + 10 2 + ... + 10 k −1 ) n k = 9 ⋅ 10 − 1 ⋅ 10 − 1 = 1 (10 n + k − 10 n − 10 k + 1). 9 9 9 k −1 k D = 9 + 8 ⋅ 10 + ... + 8 ⋅ 10 + 9 ⋅ 10 + ... + 9 ⋅ 10 n −1 + 0 ⋅ 10 n + 10 n +1 + ... + 10 n + k −1 k −1 10 n − k − 1 10 k −1 − 1 1 n + k = 9 + 8 ⋅ 10 ⋅ 10 + 9 ⋅ 10 k ⋅ + 10 n +1⋅ = (10 − 10 n − 10 k + 1) ⇒ L = D. 9 9 9 9 b ) Dokazot e sli~en kako pod a ) . 112 Pavle M. Mili~i}, redoven profesor vo penzija na Univerzitetot vo Belgrad, roden e 1934 godina. Vo 1958 godina zavr{uva Matemati~ka grupa na predmeti na PMF vo Belgrad. Po diplomiraweto edna {kolska godina raboti kako profesor po matematika vo Nik{i}. Vkupno 39 godini dr`i ve`bi i predavawe od razni predmeti, na PMF vo Belgrad, odnosno na Matemati~kiot fakultet vo Belgrad. Honorarno dr`i predavawa na razni fakulteti vo Srbija. Tri godini honorarno predava Matemati~ka analiza i Geometrija pri Matemati~kata gimnazija vo Belgrad. Objavil 25 stru~ni raboti od matematika, od koi 12 u~ebnici za studenti ili sredno{kolci. Eden od univerzitetskite u~ebnici ima do`iveano 20 izdanija. Objavil 40 nau~ni trudovi vo razni doma{ni i stranski spisanija. Mnogu negovi rezultati od Geometrija na Banahovi prostori se citirani vo me|unarodni nau~ni spisanija i vo tri me|unarodni monografii od Funkcionalna analiza. ^len e na Ameri~koto matemati~ko dru{tvo.
© Copyright 2024 Paperzz