2011中国数学奥林匹克试题解答。
1. 设()是实数,证明。
其中,,,表示不超过x的最大整数.(姚一隽提供)
证明若(k为正整数),则。
从而。若(k为正整数),则对于循环排列的个数,必有连续三项递增或递减(因为,所以不可能对于每一个i,都有与异号),不妨设为,则有。
从而。这就将问题化为了2k个数的情形.我们有。即。证毕.
2.如图,设d是锐角三角形abc外接圆上弧的中点,点x在弧上,e是弧的中点,s是弧上一点,直线sd与bc相交于点r,se与ax相交于点t.证明: 若。
rt∥de,则三角形abc的内心在直线rt上.(熊斌提供)
证明连接ad,设ad与rt相交于点i.因为d是弧的中点,故ai为的角平分线.连接as,si,则由rt∥de知:
故a,t,i,s四点共圆,记此圆为.
连接ce,设ce与rt相交于点j,连接sc,则。
于是s,j,r,c四点共圆,记此圆为.
设,除点s外另一个交点为k,下证k为aj与ci的交点.
设与aj(除点a外)的交点为,由于e是弧的中点,所以。
故s,,j,r四点共圆,即点在上.同理,设与ci(除点c外)另一个交点为,则点在上.所以,点与重合,且为aj与ci的交点,即k为aj与ci的交点.
由于,且。所以a,i,j,c四点共圆,因而.
又由c,k,j,r四点共圆知:,所以。
故i为三角形abc的内心.
设是一个有限实数集,是的非空子集,满足下列条件:
1)中所有元素之和为0;
2) 对任意,都有.
证明: 存在,使得。
这里表示有限集合x的元素个数.(瞿振华提供)
证明设则由条件(1)知考虑每个中的最小数,并设中恰有个集合的最小数为则我们有。
且由条件(2)知。
对共有个集合,其最小数故这些集合的并集包含在中,元素个数不超过s.
下证存在使得用反证法,设对于都有。
由abel 变换可知(注意)
矛盾.对于这一s,取中最小数的那些集合,记为.则由上述的结果可知,这些子集共有个,且它们的并集的元素个数不超过s,即。
4.设是给定的正整数,集合.对非空的有限实数集合和,求的最小值,其中恰好属于和中的一个},表示有限集合x的元素个数.(冷岗松提供)
解所求的最小值是.
首先,取可知的确可以取到.
下面我们证明,.记显然有。
我们只要证明。
i) ii)
先证(i).实际上,若则于是1不可能是c中元素,即所以(i)成立.
再证(ii).若则结论已经成立.若设的元素中最大的一个是则。
另一方面,对要么(这时),要么(这时即),所以。
由(1),(2)即得(ii).
综上可知,(i),(ii)成立,知所以最小值是n+1.
5.给定整数,对任意满足。
的非负实数,求的最大值.(朱华伟,付云皓提供)
解所求最大值为.
由齐次性,不妨假设首先,当。
时, 故。下证对任意满足的,都有。
由于分母是正数,故上式等价于。
即。由对称性,不妨设是中最小的一个,则有。
证毕.6.求证: 对于任意给定的正整数,总存在无穷多组互素的正整数,使得。
陈永高提供)
证明如果,则结论成立.下设,由于。
故只要证明存在无穷多组互素的正整数使得。
令,我们只要证明存在无穷多个素数p及正整数,使得。
由费尔马小定理知: 当,时,有。
因此只要证明存在无穷多个素数p及正整数,使得。
假设这样的素数只有有限个,记为(由于,这样的素数必存在).设。
为非负整数2)
取设。为非负整数3)
若则由(3)及可知,故,从而由(2)知。
若 n,则 m,故.由欧拉定理知(注意为的约数)
由于,故由上式知.因而这样。
与矛盾.所以存在无穷多个素数p及正整数,使得证毕.
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