sexta-feira, 18 de janeiro de 2013

OBM 2009

Sabe-se que 2x² - 12xy + ky² ≥ 0 para todos x, y reais. O menor valor real de k é:

A) 9              B) 16              C) 18              D) 27              E) 36


Resolução:

1ª solução

Dado o polinômio f(x) = 2x² - 12xy + ky², o problema nos diz que f(x) jamais é negativo, não importando os valores reais que x e y assumam.
Isso equivale a dizer que o gráfico de f(x) toca o eixo OX em apenas um ponto ou em nenhum ponto (a concavidade é para cima). Logo, temos que 
Δ  0.

(- 12y)² - 4.(2).(ky²) 
 0144y² - 8ky²  0
(144 - 8k)y² 
 0

y² jamais assume valor negativo. Então, para termos 
Δ  0 (independentemente do valor de y), devemos ter:

144 - 8
 0
8k 
≥ 144
≥ 18

Portanto, o valor mínimo de k é k = 18. Resposta, letra C.

2ª solução

Temos 2x² - 12xy + ky² = 2.(x - 3y)² + (k - 18)y².
Assim, se
≥ 18 então 2x² - 12xy + ky² ≥ 0 para todos x, y reais.Além disso, tomando x = 3y > 0, se tivermos k < 18 vamos obter 2x² - 12xy + ky² < 0.
Logo, o menor valor de k é 18. Resposta, letra C. 


quarta-feira, 16 de janeiro de 2013

OBM questão de Álgebra - 2006

Os dois números reais a e b são não nulos e satisfazem ab = a - b. Assinale a alternativa que exibe um dos possíveis valores de a/b  +  b/a  -  ab.

A) -2              B) - 1/2              C) 1/3              D) 1/2               E) 2


Resolução:

Seja T = a/b  +  b/a  -  ab.
O problema nos pede que façamos conclusões acerca dos valores que T pode assumir, partindo do dado de que ab = a - b.
Ora, se ab = a - b, então:

- a = (a + 1)b;
- b = (1 - b)a;

Dessa forma, se ab = a - b, então:

Ta/b  +  b/a  -  ab = (a + 1) + (1 - b) - (a - b) = a + 2 - b - a + b = 2

Portanto, sendo ab = a - b com a, b reais e não nulos, então só há um valor possível para T, que é T = 2.
Resposta, letra E.

Olimpíada Brasileira de Matemática (2007)


O número de pares (x, y) de inteiros positivos que satisfazem a equação
x8 + 3y4 = 4x2y,
com 1 £ £ 2007, é igual a:

A) 40                  B) 41                  C) 42                  D) 43                  E) 44


Resolução:
Dividindo, primeiramente, os dois membros da equação dada por x8, obtemos a seguinte equação equivalente:

1 + 3(y4/x8) = 4(y3/x6)  --->  1 + 3(y/x2)= 4(y/x2)3

Fazendo z = y/x2, ficamos com a seguinte equação equivalente à original:

1 + 3z= 4z3 
3z- 4z+ 1 = 0

Fazendo as manipulações necessárias (sem alterar a igualdade), trabalhamos com a equação obtida acima, adicionando e subtraindo termos sem modificá-la. Observemos:

3z+ 2z- 6z+ 1 = 0
3z+ 2z- 6z-3z-2z +3z+ 2z + 1 = 0
3z+ 2z+ z- 6z- 4z-2z +3z+ 2z + 1 = 0
z(3z+ 2z + 1-2z (3z+ 2z + 1) + (3z+ 2z + 1) = 0   

(z- 2z 1) (3z+ 2z + 1) = 0
(1)(3z+ 2z + 1) = 0

Obtivemos, assim, a forma fatorada da nossa equação original.

Calculando as raízes da equação, encontraremos que a única raiz racional é z = 1 (lembre-se de que "z" deve ser racional, pois é uma fração).
Ora, se z = 1, então x2. Logo, quaisquer y e x inteiros positivos tais que xsatisfazem a equação do problema.
Conforme a limitação dada no problema: £ £ 2007, y pode assumir todos os valores de quadrados perfeitos nesse intervalo, a saber:

1
2, 22, 32, ..., 442   (44= 1936 é o último quadrado perfeito não maior do que 2007)

Totalizam-se, portanto, 44 pares ordenados. Resposta, letra E. 


segunda-feira, 14 de janeiro de 2013

Olimpíada de Matemática da Rússia (1968)

Qual o maior dos números: 3111 ou 1714?

Resolução:

Note que 17 > 24, logo 1714 > (24)14, isto é: 1714 > 256;

e 31 < 25, logo 3111 < (25)11, isto é: 3111 < 255.

Assim, 1714 > 256 > 255 > 3111 , portanto 1714 > 3111.

IME 1991/1992

Calcule quantos números naturais de 3 algarismos distintos existem no sistema de base 7.

Resolução

Vamos um pouco mais além, e tentemos resolver a questão para o sistema de base n.
Um sistema posicional de base n é aquele em que uma unidade da esquerda vale n vezes uma unidade da direita.
Nesse sistema, então, temos n - 1 algarismos para simbolizar as unidades simples de 1 até n - 1, e mais um algarismo representando o nada, isto é, o zero. São ao todo, portanto, n algarismos distintos.

Quantos números de 3 algarismos distintos podemos, então, formar nesse sistema? Ora, vejamos:

_ _ _

São n - 1 possibilidades para o algarismo de 3ª ordem (exclui-se o zero); n - 1 possibilidades para o algarismo de 2ª ordem (inclui-se o zero, mas exclui-se o algarismo usado anteriormente); e n - 2 possibilidades para o algarismo de 1ª ordem.

De acordo com o princípio geral ou fundamental da contagem, temos:

(n - 1)² x (n - 2) números de 3 algarismos distintos no sistema de base n.

Dessa forma, para o sistema de base 7 (que é o que o problema nos pede), teremos:

6² x 5 = 36 x 5 = 180 números.

IME 1989/1990

IMEBOL é um jogo de três jogadores. Em cada partida o vencedor marca a pontos, o segundo colocado marca b pontos e o terceiro colocado marca c pontos, onde a > b > c são inteiros positivos. Certo dia, Marcos, Flávio e Ralph resolvem jogar IMEBOL e após algumas partidas a soma dos pontos foi: Marcos: 20, Flávio: 10, Ralph: 9. Sabe-se que Flávio venceu a segunda partida. Encontre quantos pontos cada um marcou em cada partida disputada.

Resolução

Chamaremos o número de partidas jogadas de n e o número total de pontos distribuídos em cada partida de p = a + b + c.

Como a > b > c > 0, temos que o valor mínimo para p, a princípio, é 6 = 3 + 2 + 1.
E já que Flávio ganhou a segunda partida, então n > 1 (= 2 ou 3 ou 4, ...).

Uma vez que Marcos obteve 20 pontos, Flavio: 10 e Ralph: 9, temos que o número total de pontos em todas as partidas é: np = (20 + 10 + 9) ---> np = 39.

Como n e p são inteiros positivos, temos que n e p devem, obrigatoriamente, ser divisores naturais de 39 (e, além disso, é claro, o produto deles deve resultar 39 ---> np = 39).
Dessa forma, temos a princípio duas possibilidades:

- 1 e 39 (Além de serem fatores, isto é, divisores naturais de 39, seu produto resulta 39);
- 3 e 13 (Idem ao de cima).

O número n de partidas jogadas não pode ser 1, pois, conforme já havíamos visto, n > 1. O número p de pontos totais distribuídos em cada partida (a + b + c) também não pode ser 1, porque, como vimos, o valor mínimo que p pode assumir é 6 (= 3 + 2 + 1). Assim, descartamos a primeira possibilidade.

Portanto, os números que resolvem a equação np = 39 devem ser  3 e 13.
Observemos, primeiramente, que p não pode ser igual a 3 (pelo motivo já exposto anteriormente); logo, p = 13 e n = 3.

Como Marcos fez 20 pontos nas três partidas, a > 6, e como Flávio fez 10 pontos, ganhando pelo menos uma partida, a < 9.
Assim, a princípio, a = 7 ou a = 8. Mas a = 7 significaria que Marcos teria tirado dois primeiros e um segundo, totalizando (2a + b) = 20 pontos, com b = 6. Isto é inviável, pois implicaria em c = 0, pois (a + b + c) = 13. Portanto, a = 8, e Flávio tendo ganhado pelo menos uma partida, necessariamente tirou em terceiro nas outras duas com c = 1, de modo que b = 4. Para atingir seus 20 pontos, Marcos então tirou dois primeiros e um segundo, e assim as colocações de Ralph também ficam determinadas:

Primeira partida: 1º Marcos; 2º Ralph; 3º Flávio.
Segunda partida: 1º Flávio; 2º Marcos; 3º Ralph.
Terceira partida: 1º Marcos; 2º Ralph; 3º Flávio.

domingo, 13 de janeiro de 2013

Teorema sobre números primos

Prove que há infinitos números primos.

Resolução

Suponha-se, por absurdo, que haja um número finito de primos, ou seja, que os únicos primos existentes sejam: P1, P2, P3, ..., Pn-1, Pn.

Nesse caso, o número A = P1*P2*P3...Pn-1*Pn é divisível por qualquer um dos números primos existentes. Em contrapartida, o número:

B = A + 1 (= P1*P2...Pn + 1)

não é divisível por nenhum dos números primos P1, P2, P3, ..., Pn-1, Pn , o que contraria a nossa hipótese inicial, pois - nesse caso - B é um novo número primo.

Logo, existem infinitos números primos (como queríamos demonstrar).

ITA 2002

Se x, y, z são ângulos internos de um triângulo ABC e sen x = (sen y + sen z) / (cos y + cos z), prove que o triângulo ABC é retângulo.

Resolução

Primeiramente, recordemos algumas fórmulas das funções trigonométricas, que usaremos na resolução dessa questão.

(1) sen 2x = 2 sen x cos x
(2) sen x + sen y = 2 sen [(x+y)/2] cos [(x-y)/2]
(3) cos x + cos y = 2 cos [(x+y)/2] cos [(x-y)/2]

De acordo com os dados do problema:

Se x + y + z = 180º , então y + z = 180º - x.

sen x = (sen y + sen z) / (cos y + cos z) , aplicando a fórmula (1) no lado esquerdo e as fórmulas (2) e (3) no lado direito da igualdade, teremos:

2 sen (x/2) cos (x/2) = { 2 sen [(y+z)/2] cos [(y-z)/2] } / { 2 cos [(y+z)/2] cos [(y-z)/2] }

2 sen (x/2) cos (x/2) = { sen [(y+z)/2] } / { cos [(y+z)/2] }

Substituindo y + z = 180º - x no lado direito da igualdade acima, ficamos com:

2 sen (x/2) cos (x/2) = { sen (90º - x/2) } / { cos (90º - x/2) }
2 sen (x/2) cos (x/2) = cos (x/2) / sen (x/2)
2 sen (x/2) = 1 / sen (x/2)
2 sen ² (x/2) = 1
sen ² (x/2) = 1/2
sen (x/2) = ± (2)/2

Visto que x não é maior do que 180º , então o seno deve ser positivo, isto é:

sen (x/2) = (2)/2  x/2 = 45º ou x/2 = 135º ⇒ x = 90º ou x = 270º

Conforme já observamos, x não é maior do que 180º.
Logo, x = 90º e, portanto, o triângulo ABC é retângulo (como queríamos provar).

sábado, 12 de janeiro de 2013

Torneio das Cidades 1993

Três pilhas de caroços são dadas sobre uma mesa. É permitido adicionar ou remover de uma pilha um número de caroços igual à soma do número de caroços das outras duas pilhas. Por exemplo, [12, 3, 5] podem tornar-se [12, 20, 5] pela adição de 17 = 12 + 5 para a pilha de 3 ou tornar-se [4, 3, 5] pela remoção de 8 = 3 + 5 caroços da pilha com 12. É possível, iniciando com pilhas possuindo 1993, 199 e 19 caroços, conseguir uma pilha vazia depois de uma sequência de operações permitidas?
Resolução

Notemos, primeiramente, que todas as três pilhas possuem um número ÍMPAR de caroços: a primeira pilha tem 1993 caroços; a segunda, 199; e a terceira, 19.
Ora, a soma de dois números ímpares quaisquer é sempre PAR. Portanto, só podemos adicionar ou remover de qualquer uma das pilhas um número PAR de caroços, obtendo como resultado novamente 3 números ímpares (dois iguais aos anteriores e um novo).
Como se vê, não importa quantas vezes a gente repita o processo, sempre obteremos 3 pilhas com números ímpares de caroços. Isso porque:

ímpar + par = ímpar
ímpar - par = ímpar

Logo, NÃO É POSSÍVEL obter uma pilha vazia!

Cone sul 1993

Em um tabuleiro de xadrez 8 x 8, estão escritos ordenadamente os números de 1 a 64. Na primeira fila, da esquerda para a direita, estão os números de 1 a 8; na segunda fila, da esquerda para a direita, estão os números de 9 a 16, etc. Colocam-se sinais + ou - a cada número, de maneira que em cada fila haja 4 sinais + e 4 sinais - , o mesmo ocorrendo para cada coluna. Em seguida, somam-se os 64 números obtidos. Ache os possíveis resultados desta soma.

Resolução

De acordo com o enunciado do problema, na primeira fila escrevemos - da esquerda para a direita - os números (0 + 1), (0 + 2), (0 + 3), ..., (0 + 8); na segunda fila, (8 + 1), (8 + 2), (8 + 3), ..., (8 + 8); na terceira fila, (16 + 1), (16 + 2), (16 + 3), ..., (16 + 8); ... na oitava fila, (56 + 1), (56 + 2), (56 + 3), ..., (56 + 8).
Feito isso, colocamos antes dos números (ou seja, antes dos parênteses) sinais + ou - , de modo que haja 4 sinais de + e 4 sinais de - em cada uma das filas e em cada uma das colunas.
Portanto, na primeira fila teremos 4 zeros com sinais + e 4 zeros com sinais - , na segunda fila 4 oitos com sinais + e 4 oitos com sinais - , na terceira fila 4 dezesseis com sinais + e 4 dezesseis com sinais - , ..., na oitava fila 4 cinquenta e seis com sinais + e 4 cinquenta e seis com sinais -.

Portanto, quando somamos todos os 64 números, os 4 zeros com sinais + cancelam-se com os 4 zeros com sinais - , os 4 oitos com sinais + cancelam-se com os quatro oitos com sinais - , os 4 dezesseis com sinais + cancelam-se com os 4 dezesseis com sinais - , ..., os 4 cinquenta e seis com sinais + cancelam-se com os 4 cinquenta e seis com sinais -.

Restam somente:

- 4 um's com sinais + e 4 um's com sinais - (da primeira COLUNA);
- 4 dois com sinais + e 4 dois com sinais - (da segunda coluna);
- 4 três com sinais + e 4 três com sinais - (da terceira coluna);
(...)
- 4 oitos com sinais + e 4 oitos com sinais - (da oitava coluna).

Ora, mas é fácil perceber que o resultado da soma desses números também é NULA, já que todos eles - assim como os anteriores - também se cancelam.

Portanto, só há uma possibilidade para a soma dos 64 números do tabuleiro: ela SEMPRE será igual a ZERO. (há uma quantidade igual de números simétricos ou opostos tanto nas filas quanto nas colunas).