2014年日本数学奥林匹克试题及其解答

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
文武光华
2014 年日本数学奥林匹克试题及其解答
解答人:文武光华数学工作室 田开斌
一、给定△ABC,O 为外心, 是过 BC 中点且与∠BAC 的角平分线垂直的直线,若 过 AO 中点,求∠BAC 的大小。
解答:如图,作△ABC 的外接圆⊙O,设∠BAC 的角平分线交⊙O 于 E,D 为 BC 中点, 则 E、O、D 共线,且 OD⊥BC。设 F 为 AO 中点,根据条件知 DF⊥AE。作 OG⊥AE 于 G,则 OG ∥DF,且 G 为 BC 中点。于是知 FG 为△AEO 的中位线,所以 FG∥OE,且FG = 。注意到 OG∥DF,FG∥OE,所以四边形 FGOD 为平行四边形,所以OD = FG = = ,所以 ∠OBC = 30°,所以∠BOC = 120°,所以∠BAC = 120°。
以下条件的a、b之和的最小值: (1)可将所有学生分成a组,同一组的任两人互相认识; (2)可将所有学生分成b组,同一组的任两人互相不认识。 求N的最大值。(每名学生恰属于一组) 解答方法一(田开斌):当n个人都互相认识时,则a = 1,b = n,此时
N = a + b = n + 1。下面我们证明N ≤ n + 1。 我们用平面上n个点表示这n名学生,若两名学生互相认识,则在相应的两点之间连一
另一方面,对于任意正整数n,存在唯一的正整数k,使得k ≤ n<(k + 1) 。 ①当n = k 时, 2√n = 2k。可以构造模型如下: 将k 个学生分为k个红组,每组k个人,使得同组的人互相认识,不同组的人互相不认
识。然后将每组的人依次编号为1、2、 … 、k,并将各组中编号相同的人分为同一个蓝组, 则得到k个蓝组,同组的人互相不认识。
H
A
P
I
G
E
O
F
D
B K
C
五、已知a、b、c为非负实数,a + b + c = 1。若不等式 ≥ 恒成立,求实数k的最大值。
三、一个学校有n名学生,他们之间要么互相认识,要么互相不认识。已知可以将他们 分成a组,使得同组中任意两人互相认识;也可以将他们分成b组,使得同组中任意两人互 相不认识。求N = a + b可以取到的最小值。
解答(周晓东):我们用n个点表示n个学生,如果两名学生互相认识,就在它们的对 应点之间连一条红线;如果两名学生互相不认识,就在他们的对应点之间连一条蓝线。如 此,我们得到一个二染色n阶完全图。
(G − {A})⋃G ⋃G ⋃ … ⋃G 可以划分为:
(G − {A})⋃G ⋃G ⋃ … ⋃G + 1 − (q + 1)
= |G | + ∑ G − q − 1 个蓝色子完全图。
综合上述两方面,图G可划分为: ∑ G + 1 − p + |G | + ∑ G − q − 1 = ∑ |G | − (p + q) = m − (k − 1) = m + 1 − k 个蓝色子完全图。即命题对于|G| = m时也成立。 根据数学归纳法,命题得证。 回到原题,根据上述结论知,N ≤ n + 1。 综合上述两方面,知N的最大值为n + 1。 解答方法二(广东严文兰老师):当n个人都互相认识时,则a = 1,b = n,此 时N = a + b = n + 1。下面我们证明N ≤ n + 1。也即只需证明:总可以将互相认识 或互不认识的n名学生,分成两两互相认识的a组,和两两互不认识的b组,使得a + b ≤ n + 1。我们对n用数学归纳法。 当n = 1时,结论显然成立。 假设当n = k(k ≥ 1)时,命题成立。我们考虑n = k + 1时的情况。 设n + 1名学生分别为S 、S 、 … 、S 、S 。根据归纳假设,S 、S 、 … 、S 可分为 两两互相认识的a组A 、A 、 … 、A ,和两两互不认识的b组B 、B 、 … 、B ,其中 a + b ≤ k + 1。下面讨论S 、S 、 … 、S 、S 的分组。 如果a + b ≤ k,在两种分组中都让S 单独一组,那么对n = k + 1,有N ≤ (a + 1) + (b + 1) ≤ k + 2,命题成立。
当|G| = 1、2时,经验证,命题显然成立。
交流知识 共享智慧
文武光华
假设当|G|<m(m ≥ 3)时,命题成立。 当|G| = m时,设G 、G 、 … 、G 为图G的一个“完美划分”,我们只需证明图G可以 划分为m + 1 − k个蓝色子完全图。 (1)若|G | = 1,则根据(1)知|G | = |G | = ⋯ = |G | = 1,这即是说图G中任两点 之间都连蓝线,从而图G本身就是一个蓝色完全图。此时k = m,m + 1 − k = 1,命题成立。 (2)若k = 1,这即是说图G本身是一个红色完全图。此时m + 1 − k = m。我们将m 个点,每个独立成为一个蓝色子完全图,即满足条件。 (3)若|G | ≥ 2,k ≥ 2。则G 中至少有一个点,该点至少与G 中某个点连有蓝线。设 G 中的点A与G 中的某点连有蓝线,且设A恰只与G 、G 、 … 、G (2 = i <i < … <i ) 中的某点连有蓝线,而与其它G (2<j ≤ k,且j ∉ i 、i 、 … 、i )中的所有点都只连 红线。其中q + p = k − 1,且j <j < … <j 。 此时,显然G 、G 、 … 、G 、{A}构成G ⋃G ⋃ … ⋃G ⋃{A}的一个“完美划分”, 根据归纳假设知,G ⋃G ⋃ … ⋃G ⋃{A}可以划分为:
交流知识 共享智慧
文武光华
下面只需考虑a + b = k + 1的情况。 如果存在某个组A 中所有人都认识S ,则让S 加入A ,还是a组。而b分组中让S 单独一组,有b + 1组。此时对n = k + 1,有N ≤ a + (b + 1) = k + 2,命题成立。所以只 要考虑每个A 中至少有一人不认识S 的情况,故至少有a个人不认识S 。同理,b个B 中至少有b人认识S 。故除S 外至少还有a + b = k + 1个人,与除S 外只有k个人矛盾。 综上所述,命题得证。 综合上述两方面,知N的最大值为n + 1。
|K| ≥ |G |,注意到点A与G − {A}、G 、G 、 … 、G 中所有点都只连红线,所以K⋃{A}为 G的一个红色子完全图,且|K⋃{A}| = |K| + 1>|G |,与|G |的最大性矛盾。所以G − {A}、 G 、G 、…、G 构成(G − {A})⋃G ⋃G ⋃ … ⋃G 的一个“完美划分”。根据归纳假设知:
A
B
D
C
F
GO
E
二、求所有满足2 + 3 + 1 = 6 的正整数对 a,b,c 。 解答:当c = 1时,显然b ≤ 1,经验证 a,b,c = 1,1,1 满足条件。 当c = 2时,显然b ≤ 3,所以b = 1、2 或 3。经验证 a,b,c = 5,1,2 、 3,3,2 满足条件。 当c ≥ 3时,有8|6 ,9|6 。对2 + 3 + 1 = 6 两边同取模3,则(−1) + 1 ≡ 0(mod 3), 所以a为奇数。若a = 1,则3 + 3 = 6 。而3 + 3 ≡ 3 或 6(mod 9),与9|6 矛盾。所以 a ≥ 3。 设a = 2m + 1,m ≥ 1,则2 · 4 + 3 + 1 = 6 。两边同取模4,则(−1) + 1 ≡ 0(mod 4),所以b为奇数。设b = 2n + 1,则2 · 4 + 3 · 9 + 1 = 6 。两边同取模8,则 3 · (1) + 1 ≡ 4 ≡ 0(mod 8),矛盾。所以c ≥ 3时无解。 综上所述,满足条件的 a,b,c = 1,1,1 、 5,1,2 、 3,3,2 。
G ⋃G ⋃ … ⋃G ⋃{A} + 1 − (p + 1) = ∑ G + 1 + 1 − (p + 1) =∑ G +1−p 个蓝色子完全图。 另一方面,可以证明(G − {A})⋃G ⋃G ⋃ … ⋃G 的顶点最多的红色子完全图的顶点数
不超过|G | − 1。否则,若(G − {A})⋃G ⋃G ⋃ … ⋃G 存在某个红色子完全图K,使得
此模型即满足N = a + b = 2k + 1 = 2√n 。 ③当k(k + 1)<n<(k + 1) 时,(2k + 1) <4n<(2k + 2) ,因此 2√n = 2k + 2。可 以构造模型如下: 将n个学生分为k + 1个红组,每组k或k + 1个人,使得同组的人互相认识,不同组的人
四、已知△ABC 内接于⊙O,点⊙O 在点 A 处的切线为 。D、E 分别在 AB、AC 上,满足 = 。直线 DE 交⊙O 于 F、G 两点。过点 D 且平行于 AC 的直线交 于 H,过点 E 且平行 于 AB 的直线交 于 I,求证:F、G、H、I 四点共圆,且 BC 与该圆相切。
证明:如图,延长 HD 交 BC 于 K,则 = = ,所以 EK∥AB,且 I、E、K 三点共 线。因为∠BKH = ∠BCA = ∠BAH,所以 B、K、A、H 四点共圆,所以KD · HD = AD · BD = FD · GD,所以 F、K、G、H 四点共圆。同理可知 F、K、G、I 四点共圆,所以 F、K、G、 I、H 五点共圆,从而 F、G、H、I 四点共圆,设该圆为⊙P。又∠BKH = ∠BAH = ∠KIH, 所以 BC 切⊙P 于 K。命题得证。
条红线,若他们互相不认识,则在相应的两点之间连一条蓝线。这样便得到一个二染色的 n阶完全图G(n)。我们即要证明,对于任意二染色的n阶完全图G(n),都可以将图G(n)划分 成a个红色子完全图,也可以将图G划分成b个蓝色子完全图,使得a + b ≤ n + 1。
对于一个二染色的完全图G,我们先取出图G的顶点最多的红色子完全图G (如有若干 个红色子完全图的顶点数并列最多,则任取其中一个为G 。对于单独一个点的图,我们可 以看作红色子完全图,也可以看作蓝色子完全图);在图G中去除G 后,再在剩下的子图 中取出顶点最多的红色子完全图G ;……;以此类推,设最后一个红色子完全图为G 。我
此模型即满足N = a + b = 2k = 2√n 。 ②当k <n ≤ k(k + 1)时,(2k) <4n ≤ 4k(k + 1)<(2k + 1) ,因此 2√n = 2k + 1。 可以构造模型如下: 将n个学生分为k个红组,每组k或k + 1个人,使得同组的人互相认识,不同组的人互
相不认识。然后将每组的人依次编号为1、2、 … 、k、k + 1(只有k个人的组,编号到k即 可),并将各组中编号相同的人分为同一个蓝组,则得到k + 1个蓝组,同组的人互相不认 识。
根据条件,可以将n个学生分为a个红组R 、R 、 … 、R ,使得同组中任意两人互相认 识;也可以将他们分成b个蓝组B 、B 、 … 、B ,使得同组中任意两人互相不认识。
交流知识 共享智慧
文武光华
根据抽屉原理,红组中人数最多的一组不少于 个人,而这些人要分布在不同的蓝组中,
所以b ≥ ,即得ab ≥ n。于是知N = a + b ≥ 2√ab ≥ 2√n,由于N为整数,所以N ≥ 2√n 。
们称G 、G 、 … 、G 为图G的一个“完美划分”(注意:“完美划分”不唯一)。此时则
有:当i>j时,G 中每个点都至少与G 中的某个点连有蓝线,且
|G | ≥ |G | ≥ ⋯ ≥ |G | |G | + |G | + ⋯ + |G | = G
(1) (2)
下面我们对|G|用数学归纳法证明:若G 、G 、 … 、G 为图G的一个“完美划分”,则 图G可以划分为|G| + 1 − k个蓝色子完全图。
互相不认识。然后将每组的人依次编号为1、2、 … 、k、k + 1(只有k个人的组,编号到k 即可),并将各组中编号相同的人分为同一个蓝组,则得到k + 1个蓝组,同组的人互相不 认识。
此模型即满足N = a + b = 2k + 2 = 2√n 。 综上所述,N = a + b可以取到的最小值为 2√n 。 注:因翻译者的原因,本题曾产生了两个不同ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ版本。一个是上述版本,另一个是我 当初看到的如下版本: 一个学校有n名学生,他们中任意两人要么互相认识,要么互相不认识。记 N 为满足
相关文档
最新文档